Lo scorso 28 settembre la missione Juice dell’Esa ha superato un’altra importante tappa nel suo viaggio verso Giove: la sua penultima manovra di fionda gravitazionale, realizzata attraverso un flyby della Terra. Sorvolo che non è stato solo un passaggio essenziale sulla rotta della sonda verso Giove, ma anche un’opportunità per mettere alla prova le osservazioni e le operazioni che caratterizzeranno l’esplorazione del sistema gioviano da parte di Juice.

Fin dal suo lancio, avvenuto il 14 aprile 2023, Juice si sta dirigendo verso Giove e le sue lune ghiacciate, dove arriverà nel 2031. Arrivarci è però tutt’altro che semplice. «Per andare direttamente su Giove, occorre raggiungere una certa velocità», spiega Arnaud Boutonnet, mission analyst di Juice per l’Esa. «Ecco perché sono necessarie le manovre di assist gravitazionale».

Queste manovre sfruttano la gravità di un pianeta per alterare la rotta e la velocità di un veicolo spaziale. Con la sua recente fionda gravitazionale offerta dalla Terra, Juice ha ora completato tre dei quattro flyby previsti. Dopo il sorvolo di Venere, Juice aveva una velocità sufficiente rispetto alla Terra, ma non procedeva ancora nella direzione giusta. Quest’ultimo flyby ha modificato la direzione della traiettoria della sonda di circa 20 gradi, orientandola verso Giove, in vista di un’ultima correzione che avverrà nel 2029, durante il suo ultimo sorvolo del nostro pianeta.

Ma la manovra dello scorso settembre non ha riguardato solo la navigazione. Ha anche offerto ai team della missione una preziosa opportunità per simulare le sfide operative e scientifiche che attendono Juice su Giove.

Prova generale nelle tenebre

Lo scorso 12 agosto, molti hanno assistito alla spettacolare eclissi solare totale che ha attraversato la Groenlandia, l’Islanda, la Spagna e parti del Portogallo. Per gli osservatori sulla Terra, la fase di totalità è durata poco più di due minuti. Anche le sonde spaziali affrontano le eclissi. Durante la sua manovra gravitazionale lunare-terrestre nel 2024, Juice ha sperimentato un’eclissi della durata di 32 minuti. Il suo recente flyby terrestre, tuttavia, ha battuto un nuovo record per la missione. Prima del massimo avvicinamento, infatti, Juice è scivolata nell’ombra della Terra, trascorrendo tre ore in completa oscurità (ombra totale o umbra) e sei ore in ombra parziale. Fatto ancora più importante, l’eclissi ha replicato in modo molto simile le condizioni che Juice incontrerà su Giove, offrendo al Flight Control Team una rara opportunità per testare le future strategie operative anni prima dell’arrivo.

«I flyby sono diventati abbastanza di routine per la missione, ma richiedono comunque un’enorme quantità di preparazione. Per questo ci siamo preparati per più di un anno», ricorda Angela Dietz, spacecraft operations manager di Juice.

L’eclissi ha trasformato questa preparazione in una prova generale per Giove.

Tre ore senza Sole: batterie alla prova del buio

Juice è alimentata da due grandi pannelli solari, che insieme formano una superficie di 85 metri quadrati. Si tratta di un’area pari a circa la metà di quella di un campo da pallavolo. Questi pannelli saranno essenziali su Giove, dove la luce solare ha un’intensità pari a solo il tre per cento di quella terrestre, e le eclissi possono durare fino a cinque ore.

«Questa è stata la nostra prima opportunità per testare in volo condizioni di eclissi prolungata», spiega Dietz.

Con mesi di anticipo, il Flight Control Team dell’Esoc (European Space Operations Centre) ha simulato scenari di eclissi e procedure di emergenza, mentre i team delle operazioni scientifiche dell’Esac (European Space and Astronomy Centre) hanno preparato gli strumenti per le attività di osservazione e calibrazione. La sera del 27 settembre, mentre Juice entrava nella penombra ,alle 21:30 ora italiana, gli operatori di volo dell’Esoc, man mano che la telemetria giungeva a terra attraverso l’antenna per lo spazio profondo di Cebreros Estrack dell’Esa, monitoravano il calo di potenza dei pannelli solari e il conseguente aumento dell’utilizzo delle batterie. Nel corso dell’eclissi, la carica delle batterie è scesa fino al 54 per cento. I pannelli solari hanno ripreso a generare energia alle 04:14 ora italiana. Con il limite operativo fissato al 35 per cento e il veicolo spaziale che si è comportato in modo nominale, il risultato ha superato le aspettative.

«I dati sull’energia che abbiamo ottenuto da questo flyby sono molto importanti, perché verranno utilizzati per le future simulazioni delle eclissi gioviane», spiega Paula Betriu, science operations engineer di Juice che lavora a Esac per Starion.

Ma l’eclissi è servita a molto di più che a verificare come mantenere in vita la sonda.

Scienza oltre la sopravvivenza

Su Giove, Juice dovrà continuare a fare scienza anche durante i lunghi periodi di oscurità.

«Inizialmente pensavamo che non avremmo avuto abbastanza energia per la strumentazione scientifica di bordo. Ma dopo aver approfondito la questione, ci siamo resi conto che potevamo mantenere attivi diversi strumenti e sfruttare appieno l’opportunità», dice Dietz.

I dieci strumenti scientifici hanno tutti contribuito alla campagna del flyby, seppur non tutti in funzione contemporaneamente durante l’eclissi.

«È stata una campagna impegnativa», dice Pilar Esquej, science operations engineer di Juice che lavora a Esac per Starion. «L’eclissi ha imposto vincoli rigorosi, quindi abbiamo dovuto stabilire le priorità delle osservazioni con estrema attenzione e trovare dei compromessi».

La Terra ripresa dalla fotocamera a guida italiana Janus

Durante la fase di assist gravitazionale, dal 27 settembre al 2 ottobre, la fotocamera scientifica ad alta risoluzione a bordo di Juice Janus, realizzata con il finanziamento dell’Agenzia spaziale italiana (Asi), ha acquisito 740 immagini, utilizzando i diversi filtri dello strumento e a varie risoluzioni spaziali. Durante il sorvolo della Terra, dal limbo notturno a quello diurno, Janus ne ha osservato con continuità la superficie. In particolare, è stata ottenuta una lunga sequenza diurna attraverso l’Oceano Indiano occidentale, il Madagascar e l’Africa centrale, osservati con molteplici filtri. Prima e dopo l’arco di massima vicinanza, la sonda è stata puntata verso la Luna, consentendo a Janus di ottenere immagini del nostro satellite in fase quasi piena. Il 2 ottobre, prima di concludere la sequenza operativa, Janus ha osservato la Terra un’ultima volta.

«Uno dei possibili casi di studio», spiegano il principal investigator dello strumento, Pasquale Palumbo, e i membri del team scientifico Alice Lucchetti, Luca Penasa e Cecilia Tubiana, tutti dell’Inaf, «riguarda la vegetazione. I filtri Janus nel visibile e nel vicino infrarosso consentono, infatti, di misurare il forte contrasto esistente tra l’assorbimento della clorofilla nel rosso e l’elevata riflettanza della vegetazione nel vicino infrarosso. L’analisi dei dati permetterà di produrre, in via sperimentale, mappe di indici di vegetazione e confrontare regioni molto diverse tra loro, come Mauritius, Madagascar e diverse aree dell’Africa orientale e meridionale».

«Sarà possibile poi confrontare questi prodotti», continuano i quattro ricercatori dell’Inaf, «con osservazioni iperspettrali della Terra ottenute da missioni dedicate all’osservazione terrestre. In particolare, dati Prisma potranno essere utilizzati come riferimento per verificare quanto le informazioni contenute nei più larghi filtri Janus riescano a riprodurre la risposta spettrale osservata da uno spettrometro iperspettrale. Sono inoltre previste osservazioni EnMap di alcune regioni attraversate dalla geometria dell’assist gravitazionale, in particolare in Madagascar e nell’area di confine tra Congo e Zambia. Alcune di queste regioni includono aree minerarie ben caratterizzate e potranno quindi costituire casi di studio per confrontare tecniche di analisi dati applicate ai dati EnMap, alle immagini multispettrali Janus e, dove disponibile, alle osservazioni Majis».

Un’occasione per mettere alla prova il software di guida autonoma

L’eclissi ha anche fornito l’occasione per testare un altro sistema chiave necessario su Giove: il software Eagle (Enhanced Autonomous Guidance through Limb Extraction), un sistema di guida autonoma migliorata basato sul riconoscimento del bordo apparente dei corpi celesti.

Eagle utilizza le due telecamere di navigazione della sonda per migliorare la precisione di puntamento durante i sorvoli ravvicinati delle lune, tracciando il bordo illuminato – il cosiddetto lembo – di un satellite naturale e aiutando così Juice a determinare la sua posizione con maggiore precisione e a mantenere le osservazioni esattamente sul bersaglio.

Per il suo primo esercizio in volo, la geometria Terra-Luna è stata sfruttata per replicare quella di Giove e Io, preparando Eagle ai futuri flyby delle lune galileiane. I risultati saranno analizzati nei prossimi mesi.

Nonostante le difficoltà che ha posto, l’eclissi si è rivelata per alcuni aspetti anche vantaggiosa. Attualmente Juice si trova in un ambiente di crociera “caldo”, in cui le temperature limitano le osservazioni. Avere il Sole temporaneamente bloccato dalla Terra ha consentito alla sonda una maggiore libertà di puntamento, permettendo osservazioni altrimenti impossibili.

Nel loro insieme, queste attività hanno reso il flyby molto di più di una semplice correzione di traiettoria. Hanno dato a Juice un primo assaggio delle sfide che la attendono del sistema gioviano e la possibilità di fare una prova generale con anni di anticipo.

Fonti: press release Esa, press release Dlr

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Duecentocinquanta scienziate, scienziati e rappresentanti delle principali istituzioni di ricerca di tutto il mondo hanno celebrato l’inaugurazione del sottosistema del Large-Sized Telescope (Lst) presso il sito settentrionale del Cherenkov Telescope Array Observatory (Ctao) – Nord, situato all’Osservatorio del Roque de los Muchachos a La Palma, nell’arcipelago delle Canarie (Spagna). Il completamento dei quattro telescopi Lst segna una tappa fondamentale per le comunità mondiali dell’astrofisica e della fisica delle astroparticelle, e rappresenta un passo cruciale verso la piena operatività scientifica del Ctao, a cui hanno dato un contributo rilevante anche l’Istituto Nazionale di Astrofisica (Inaf) e l’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Infn).

Ciascun telescopio è dotato di uno specchio di 23 metri di diametro ed è equipaggiato con fotocamere all’avanguardia e ultraveloci. Progettati per rivelare i deboli lampi di luce Cherenkov prodotti dall’interazione dei raggi gamma ad altissima energia con l’atmosfera terrestre, i telescopi Lst sono gli strumenti più sensibili al mondo per l’osservazione dei raggi gamma a energie comprese tra circa 20 gigaelettronvolt (GeV) e diversi teraelettronvolt (TeV).

Questa straordinaria sensibilità è fondamentale per individuare sorgenti di raggi gamma remote e transitorie. Poiché i raggi gamma ad altissima energia vengono gradualmente assorbiti mentre attraversano l’Universo, la capacità dei telescopi Lst di rivelare raggi gamma fino alle più basse energie consente agli scienziati di esplorare sorgenti a distanze cosmologiche, di risalire più indietro nella storia cosmica e di osservare la rapidissima variabilità delle sorgenti gamma in dinamica evoluzione con maggiore accuratezza statistica.

Il pioniere Lst-1

Già a partire dal 2020, ancor prima del completamento dell’intero sottosistema, durante la sua fase di collaudo, il prototipo Lst-1 ha prodotto risultati di notevole portata. Tra questi rientrano le osservazioni di pulsar, gli studi sui nuclei galattici attivi a distanze cosmologiche e il rapido monitoraggio di fenomeni transienti come nove e lampi di raggi gamma (Grb).

Con l’affiancamento dei tre nuovi Lst (Lst-2, Lst-3 e Lst-4) all’esistente Lst-1, i quattro telescopi formano ora una vera e propria rete (sottosistema). Osservando simultaneamente da più direzioni il medesimo sciame di raggi gamma, i telescopi Lst offriranno una sensibilità nettamente superiore, una risoluzione angolare migliore e una ricostruzione dell’energia più precisa, aprendo un nuovo livello di accuratezza nello studio dell’universo a raggi gamma.

«Il completamento del sottosistema Lst è il culmine di oltre quindici anni di collaborazione internazionale e innovazione tecnologica», ha dichiarato Masahiro Teshima, Principal Investigator della collaborazione Lst e portavoce del consorzio Ctao. «Questi telescopi ci permetteranno di esplorare alcuni degli ambienti più estremi dell’Universo, tra cui buchi neri supermassicci e stelle di neutroni, di indagare le possibili origini dei raggi cosmici e di contribuire alle ricerche sulla natura della materia oscura».

In viaggio verso l’universo primordiale

Gli Lst costituiscono il cuore a bassa energia di Ctao-Nord e offriranno un’opportunità unica per sondare l’universo, risalendo indietro nel tempo fino a circa 12 miliardi di anni fa, quando esso aveva meno di due miliardi di anni. La loro sensibilità ai raggi gamma di energia più bassa consentirà di individuare e studiare brillanti lampi di raggi gamma ad alto redshift, estendendo potenzialmente le osservazioni gamma a sorgenti con redshift fino a z~4 e fornendo nuove informazioni sull’Universo primordiale.

«Oggi si celebra un passo avanti importantissimo verso la realizzazione del Ctao, a cui l’Italia contribuisce con un patrimonio di capacità scientifiche, progettuali e industriali. L’Italia ospita a Bologna, presso l’Inaf, la sede centrale dell’Osservatorio internazionale e sta contribuendo alla realizzazione di gran parte dei suoi strumenti. Oggi l’attenzione è focalizzata sul sito nord, ma il nostro sguardo abbraccia l’intero Osservatorio: il contributo italiano è infatti particolarmente significativo anche nel sito sud, in Cile, attraverso la realizzazione di altri due Large-Sized Telescopes e ben 37 Small-Sized Telescopes, tutti in costruzione in Italia e destinati a Ctao-Sud», ha affermato Lucio Angelo Antonelli, dirigente di ricerca all’Inaf e co-principal investigator della collaborazione internazionale Lst. «Le prossime fasi di collaudo e integrazione nelle operazioni del Ctao porteranno questi strumenti a esprimere pienamente le loro capacità. È un passaggio decisivo verso le scoperte che attendiamo, ma soprattutto verso quelle che ancora non sappiamo immaginare».

«L’Infn partecipa allo sviluppo di questi nuovi telescopi fin dalle prime fasi di progettazione. Ha realizzato la struttura in fibra di carbonio che sostiene l’arco della camera e ha contribuito alla costruzione della camera stessa, oltre a sviluppare altri componenti meccanici ed elettronici di alta precisione, necessari per calibrare il sistema di puntamento. Finora il nostro contributo si è concentrato soprattutto sugli strumenti del sito nord di Ctao, ma ora, grazie ai finanziamenti del Pnrr del Ministero dell’università e della ricerca, stiamo dando assieme all’Inaf un grande contributo alla realizzazione delle camere dei telescopi del sito sud», spiega Mosè Mariotti, ricercatore dell’Infn responsabile nazionale del gruppo Infn in Ctao. «Nei prossimi due anni, quando i nuovi telescopi entreranno pienamente in funzione, la sensibilità aumenterà notevolmente, fino a un ordine di grandezza rispetto agli strumenti attuali: questo significa che potremo ottenere gli stessi risultati scientifici in un centesimo del tempo, aprendo nuove straordinarie possibilità di scoperta», conclude Mariotti.

Nei prossimi anni, gli Lst saranno sottoposti a collaudo e integrati nelle operazioni di Ctao. Insieme agli altri telescopi previsti per entrambi i siti dell’Osservatorio, affronteranno questioni fondamentali dell’astrofisica, della fisica delle particelle e della cosmologia, come la natura della materia oscura, l’origine dei raggi cosmici e la fisica degli acceleratori cosmici estremi.

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Per saperne di più:

• Informazioni sulla Collaborazione Lst
  La Collaborazione Large-Sized Telescope (Lst) è un consorzio internazionale di scienziati, ingegneri e istituzioni impegnati nella progettazione, costruzione e messa in servizio degli Lst per il Ctao. La collaborazione ha sviluppato tecnologie avanzate nell’ottica, nei rivelatori, nella meccanica e nell’elettronica ad alta velocità per raggiungere la soglia energetica più bassa mai ottenuta da osservatori gamma da terra. Il progetto è stato reso possibile da una solida partnership internazionale che coinvolge istituzioni provenienti da Brasile, Bulgaria, Croazia, Francia, Germania, Giappone, Italia, Polonia, Repubblica Ceca, Spagna e Svizzera.
• Informazioni su Ctao
  Il Ctao (Cherenkov Telescope Array Observatory) sarà il più grande e potente osservatorio al mondo per l’astronomia a raggi gamma. La precisione senza precedenti e l’ampio intervallo energetico del Ctao (20 GeV – 300 TeV) aiuteranno a rispondere ad alcuni dei quesiti più complessi dell’astrofisica e della fisica delle particelle, articolati in tre temi principali: comprendere l’origine e il ruolo delle particelle cosmiche relativistiche; sondare ambienti estremi come buchi neri o stelle di neutroni; ed esplorare le frontiere della fisica, alla ricerca della materia oscura o di deviazioni dalla teoria della relatività di Einstein. Per coprire il suo ampio intervallo di energia, il Ctao utilizzerà tre tipi di telescopi: Large-Sized Telescope (Lst), Medium-Sized Telescope (Mst) e Small-Sized Telescope (Sst). Oltre 60 telescopi saranno distribuiti tra due stazioni osservative: Ctao-Nord, nell’emisfero settentrionale presso l’Osservatorio del Roque de los Muchachos a La Palma (Spagna), e Ctao-Sud, nell’emisfero meridionale presso l’Osservatorio dell’Eso al Paranal nel deserto di Atacama (Cile).

 

Una chiave di violino cosmica è al centro della nuova immagine composita rilasciata dall’osservatorio a raggi X Chandra della Nasa. A disegnarne la forma del caratteristico simbolo musicale sono le onde radio osservate da Lofar (Low Frequency Array), una rete di decine di migliaia di antenne distribuite in Europa, mentre i raggi X dei telescopi spaziali Chandra ed eRosita rivelano il gas caldo dell’ammasso di galassie che la ospita. Completano l’immagine le osservazioni nell’infrarosso.

La nuova immagine composita si basa sulle osservazioni analizzate nello studio pubblicato recentemente su Astronomy & Astrophysics e guidato da Andrea Botteon, con Marisa Brienza come seconda autrice, entrambi dell’Istituto di radioastronomia (Ira) dell’Inaf di Bologna. Il lavoro è firmato da un gruppo internazionale e comprende anche contributi di altri membri dell’Ira e dell’Istituto di astrofisica spaziale e fisica cosmica dell’Inaf di Milano.

Il lavoro combina dati radio delle survey Lofar LoTss-Dr3 e LoLss-Dr2, quest’ultima di prossima pubblicazione, con nuove osservazioni del radiotelescopio indiano uGmrt e nei raggi X di Chandra. A questi si aggiungono dati nei raggi X di eRosita e nel vicino infrarosso di UkIrt, alle Hawaii. Il gruppo ha così caratterizzato per la prima volta l’ammasso che ospita la radiosorgente e ha indagato l’origine di quest’ultima, soprannominata Treble Clef, “chiave di violino”, appunto.

Operazione non facile questa, a causa della sua posizione: la sorgente si trova in una direzione in cui il nostro sguardo attraversa il disco della Via Lattea: stelle, gas e polveri presenti lungo questa linea di vista ostacolano fortemente le osservazioni dalla Terra e in particolare nella luce visibile. È stato quindi fondamentale combinare le osservazioni radio della sorgente con quelle spaziali nell’infrarosso, utili a individuare le galassie dell’ammasso, e nei raggi X, che ne rivelano il gas caldo.

Chandra e il telescopio tedesco per raggi X eRosita (Extended Röntgen Survey with an Imaging Telescope Array) hanno rilevato gas caldo e diffuso in corrispondenza della Treble Clef, confermandone l’associazione con un ammasso di galassie. L’analisi ha inoltre stabilito che il sistema è in realtà composto da due ammassi in fase di fusione (merging). Gli ammassi di galassie sono tra le più grandi strutture dell’universo: possono contenere centinaia o migliaia di galassie e immense riserve di gas a temperature di milioni di gradi.

La nuova immagine composita mostra in blu il gas a temperature di milioni di gradi rilevato nei raggi X dai telescopi spaziali Chandra ed eRosita. Una parte dei dati di Chandra è stata elaborata con una tecnica specifica per mettere in risalto alcune caratteristiche dell’emissione. In rosso sono invece rappresentate le osservazioni radio di Lofar. Completano l’immagine, i dati nell’infrarosso dello United Kingdom Infrared Telescope, rappresentati prevalentemente in bianco.

L’indagine è partita proprio dall’insolita struttura radio della sorgente. «Mentre esaminavamo i dati della survey LoTss-Dr3, ha attirato la nostra attenzione una sorgente brillante e ricca di filamenti», racconta Andrea Botteon. «Comprenderne l’origine, però, era difficile perché mancavano osservazioni complementari. Il primo passo è stato quindi proporre nuove osservazioni con il radiotelescopio uGmrt. La proposta è stata accettata e i nuovi dati hanno mostrato che l’emissione radio diminuisce rapidamente al crescere della frequenza: una caratteristica che descriviamo come uno spettro radio ripido. Insieme alla sua forma particolare, questo suggeriva che la sorgente fosse una “fenice radio” in un ammasso di galassie, un’interpretazione che abbiamo confermato analizzando nuove osservazioni nei raggi X».

Il nome “fenice radio” richiama un’emissione che torna a brillare dopo essersi affievolita. Secondo lo scenario proposto nello studio, la Treble Clef si sarebbe infatti formata in due fasi. Inizialmente, un buco nero supermassiccio, probabilmente ospitato nella galassia più brillante dell’ammasso, avrebbe espulso plasma a velocità prossime a quella della luce. Le particelle cariche del plasma, muovendosi nei campi magnetici, avrebbero prodotto emissione radio di sincrotrone, poi affievolitasi man mano che perdevano energia.

Successivamente, la collisione dell’ammasso che ospita la sorgente con un altro ammasso di galassie avrebbe “ravvivato” l’emissione radio, fornendo nuova energia alle particelle e/o amplificando i campi magnetici. Anche le onde d’urto generate dalla collisione — simili a quelle che producono i boati degli aerei supersonici — potrebbero aver contribuito a questo processo.

Per cercare indizi della collisione, il gruppo ha analizzato le irregolarità nella distribuzione del gas caldo osservato da Chandra. Dall’immagine nei raggi X è stato sottratto un modello ovale e simmetrico che descrive la distribuzione della maggior parte del gas dell’ammasso. Nell’immagine residua emergono così due zone di emissione più intensa, a sinistra e a destra di una regione centrale più debole. Questa disposizione suggerisce che la collisione sia avvenuta prevalentemente lungo la direzione destra-sinistra nell’immagine. Secondo lo scenario proposto, lo scontro tra i due ammassi risalirebbe a qualche centinaio di milioni di anni fa e i due sistemi starebbero ora allontanandosi l’uno dall’altro.

Se le osservazioni permettono di ricostruire la storia fisica della sorgente, la sua forma lascia spazio anche all’immaginazione. La chiave di violino che le ha dato il soprannome non è l’unica figura riconoscibile: nella stessa struttura radio si può intravedere anche un drago gallese visto di profilo. Entrambe le somiglianze sono esempi di pareidolia, il fenomeno che ci porta a riconoscere figure familiari in ciò che osserviamo.

Per saperne di più:

• Leggi su Astronomy & Astrophysics l’articolo “The Treble Clef radio phoenix and its old nonthermal filaments”, di A. Botteon, M. Brienza, K. Rajpurohit, N. Lyskova, E. Churazov, I. Khabibullin, T. Pasini, E. O’Sullivan, G. Brunetti, F. De Gasperin, E. De Rubeis, F. Gastaldello, D. N. Hoang, R. Kraft, G. Schellenberger, R. Sunyaev, R. J. van Weeren e F. Vazza

 

Il Ministro dell’Economia Giorgetti non ha illustrato la Manovra economica ai colleghi del Consiglio dei ministri durante la riunione di martedì 13 ottobre, come inizialmente previsto. “Per un mero errore materiale è stato trasmesso un odg non aggiornato”, spiega una...

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Gli ammassi stellari sono sistemi dinamici estremamente complessi e affascinanti. Cosa li rende così complicati? Innanzitutto, l’evoluzione sia dinamica sia fisica delle loro stelle. Stelle di massa diversa hanno tempi di vita differenti: quelle più massicce possono terminare la propria evoluzione esplodendo come supernove, mentre quelle di piccola massa stanno ancora evolvendo verso la “maturità” della sequenza principale. Inoltre, le stelle si muovono rapidamente all’interno dell’ammasso scambiando energia, precipitando verso il centro o “evaporando” man mano che si allontanano. A complicare il quadro interviene l’interazione tra gli ammassi e il loro ambiente circostante: altri ammassi stellari, nebulose e l’intera Via Lattea con il suo potenziale gravitazionale.

Tutto questo lascia impronte indelebili nella configurazione spaziale e dinamica che osserviamo oggi negli ammassi. Impronte che in questi anni siamo in grado di analizzare con grande precisione grazie al satellite Gaia dell’Agenzia spaziale europea. Il catalogo di osservazioni di Gaia contiene infatti informazioni accurate sulla posizione e sulla dinamica delle stelle, integrate da dati spettroscopici che permettono di risalire alla natura delle stelle. Analizzati con cura, i dati di Gaia permettono di ottenere un quadro completo della struttura e della dinamica degli ammassi e delle singole stelle che li compongono.

Un team di ricercatori guidato dall’astrofisica Loredana Prisinzano dell’Inaf di Palermo ha analizzato i dati di Gaia relativi alle stelle nella regione del superammasso Westerlund 1, oggetto del progetto Ewocs, guidato da Mario Guarcello. I ricercatori hanno isolato un campione di 559 stelle dell’ammasso con massa superiore a sette masse solari.

Queste stelle formano due gruppi cinematici distinti: 421 stelle sono ancora gravitazionalmente legate al nucleo dell’ammasso, mentre 103 se ne stanno allontanando (tra cui 14 “walk-away stars” con una velocità di allontanamento maggiore delle altre). I due gruppi si muovono con velocità diverse: la dispersione delle loro velocità è di circa 5 km/s per il primo gruppo e di 10-14 km/s per il secondo.

L’espansione dell’ammasso è asimmetrica, come già dimostrato in altri studi pubblicati di recente. Tuttavia, l’analisi dei dati di Gaia ha permesso di stabilire che la regione esterna di Westerlund 1 è allungata in direzione perpendicolare al piano della Via Lattea, subendo una distorsione probabilmente causata dalle forze mareali della nostra galassia. Inoltre, il suo tempo di espansione cinematica (2.08 milioni di anni) corrisponde al momento in cui Westerlund 1 ha attraversato il piano galattico (2.1 milioni di anni fa). Tra i diversi fattori che potrebbero spiegare tale evoluzione dinamica, questa coincidenza temporale suggerisce una possibile conseguenza dell’interazione avvenuta circa due milioni di anni fa tra Westerlund 1 e la materia (stelle e nebulose) che popola il piano della Via Lattea.

«Questo studio è la dimostrazione lampante di come il satellite Gaia sia una vera e propria “macchina da guerra” per lo studio dei moti propri stellari», dice Prisinzano, «e Westerlund 1 ne rappresenta un banco di prova estremo. Situato a oltre 13mila anni luce di distanza e pesantemente oscurato dalle polveri interstellari, è un oggetto per il quale le parallassi misurate da Gaia presentano incertezze troppo elevate per fornire distanze precise. Tuttavia, la qualità dei moti propri rimane impressionante. È proprio grazie a queste piccolissime incertezze nei movimenti trasversali delle stelle che abbiamo potuto identificare i membri dell’ammasso e condurre un’analisi cinematica estremamente accurata. Questo ci ha permesso di svelare non solo le complesse dinamiche di espansione e distorsione di questo superammasso, ma anche di trovare prove evidenti di un processo di dissoluzione in atto».

Per saperne di più:

• Leggi il preprint dell’articolo in uscita su Astronomy & Astrophysics “EWOCS-XI: Anisotropic expansion and shear in the cluster Westerlund 1. A 2D kinematic analysis with Gaia DR3”, di L. Prisinzano, F. Damiani, C. Ordenes-Huanca, M. Tarantino, S. Sciortino, N.J. Wright, V. Almendros-Abad, M. Andersen, A. Bayo, R. Bonito, V. Cusimano, M. Haberle, K. Mužic, I. Negueruela, E. Sabbi, A. Winter e M.G. Guarcello

 

Analizzando un campione di trecento sistemi meglio caratterizzati tra gli oltre mille noti nella Via Lattea, un team internazionale di ricerca guidato dall’Istituto nazionale di astrofisica (Inaf) ha scoperto che i sistemi multi-pianeta finora identificati appartengono a due distinte “famiglie”. Lo studio, pubblicato oggi sulla rivista Nature Astronomy, dimostra per la prima volta l’esistenza di un vero e proprio “legame genetico” tra la stella madre e i suoi pianeti, in grado di determinare la nascita, l’evoluzione dinamica e la futura stabilità dell’intero sistema planetario.

La prima famiglia è composta da sistemi ampi e massicci, spesso con masse totali comprese tra il doppio e dieci volte quelle del Sistema solare, che orbitano attorno a stelle più massicce e ricche di metalli (cioè elementi diversi da idrogeno ed elio) del nostro Sole. La seconda famiglia comprende invece sistemi compatti e a massa inferiore, costituiti da pianeti con masse e dimensioni comparabili tra loro – in una configurazione nota come “piselli in un baccello” (peas-in-a-pod, in inglese) – che orbitano attorno a stelle con massa e metallicità uguali o inferiori a quelle del Sole a distanze che, nella maggioranza dei casi, sono ben più strette di quelle di Mercurio nel Sistema solare.

Per poterle distinguere, le ricercatrici e i ricercatori hanno utilizzato una serie di parametri che consentono di confrontare le caratteristiche di sistemi così diversi tra loro. Per esempio, si è visto che quelli della prima famiglia presentano un’elevata “temperatura dinamica”. Misurata tramite un parametro che quantifica lo scostamento del sistema da una configurazione imperturbata con tutte le orbite circolari e sullo stesso piano,  questa caratteristica è la traccia di un passato segnato da violente instabilità gravitazionali, collisioni giganti ed espulsioni di pianeti. I membri della seconda famiglia, invece, mostrano tracce di storie dinamiche meno violente e più vicine a quella del nostro Sistema solare.

«La domanda fondamentale da cui siamo partiti è stata: cosa determina le caratteristiche dei sistemi planetari come li vediamo oggi? Vengono stabilite alla nascita o sono scolpite dall’evoluzione nel tempo? La verità, alla fine, si è rivelata stare nel mezzo», spiega Diego Turrini, ricercatore dell’Inaf e co-primo autore dell’articolo. «I nostri risultati mostrano che esiste un legame genetico tra i sistemi planetari e le loro stelle e che, in funzione della stella attorno cui nascono, questo legame ne determina anche il destino». Variazioni, anche contenute nell’ambiente di formazione planetaria, dovute alle diverse proprietà stellari, possono cambiare radicalmente la natura del sistema in formazione e la sua evoluzione futura, determinando se questa sia caratterizzata da fasi di marcata instabilità e da impatti giganti.

«La difficoltà principale durante l’analisi dei dati è stata determinare se le due famiglie di sistemi planetari fossero reali o solo un’illusione creata dai limiti tecnologici delle attuali tecniche osservative», aggiunge Camilla Danielski, ricercatrice dell’Università di Valencia precedentemente assegnista di ricerca all’Inaf, co-prima autrice del lavoro. «Alla fine del percorso è diventato chiaro che gli effetti di selezione hanno agito come la punta dell’iceberg, rivelando l’esistenza di diversità ben più profonde e strutturali tra questi sistemi».

Per poter provare questa ipotesi, è stata essenziale anche una serie di simulazioni numeriche che hanno esplorato l’evoluzione di sistemi planetari con diverse condizioni iniziali. «Gli scenari che meglio riproducono le proprietà dinamiche della famiglia di sistemi ampi e massivi sono quelli in cui i sistemi sono instabili fin dalla nascita», sottolinea Danae Polychroni, ricercatrice dell’Inaf che ha seguito questa parte dello studio. «La maggiore abbondanza di materiale da cui formare i pianeti attorno alle loro stelle ospite fa sì che questi nascano troppo grandi, impedendo al sistema di rimanere stabile».

La scoperta chiarisce come l’ambiente stellare nativo influisca direttamente sul destino dei pianeti e sulla sopravvivenza di mondi potenzialmente in grado di ospitare la vita. La conoscenza di questo legame genetico costituisce una chiave di lettura essenziale per orientare la ricerca di architetture planetarie simili al Sistema solare e di pianeti potenzialmente abitabili come la Terra.

Per saperne di più:

• Leggi su Nature Astronomy l’articolo “Two families of multi-planet systems with distinct architectures and stellar hosts”, di Diego Turrini, Camilla Danielski, Danae Polychroni, Robert Przyłuski, Hans Rickman, Diego Bossini, J. M. Diederik Kruijssen, Angelo Zinzi, Simon Goodwin, Steven N. Longmore, Mélanie Chevance e Lise Ramambason. Lo studio, a guida Inaf e supportato dall’International Space Science Institute di Berna tramite il progetto “Transformation of Planetary Systems by Environmental Perturbations” guidato da Diederik Kruijssen, vede la partecipazione di un’ampia collaborazione internazionale, con l’Università di Valencia, l’Agenzia Spaziale Italiana (Asi), il Centrum Badań Kosmicznych Pan, l’Università di Uppsala e diverse università europee.