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Micro buchi neri da cristalli spaziotemporali

Immaginate di concentrare una quantità immensa di energia in un singolo punto. I destini possibili sembrano essere solo due: o l’energia si disperde nuovamente nello spazio vuoto, oppure la gravità ha la meglio, facendola collassare in un buco nero. Ma cosa succede esattamente sulla linea di confine tra questi due scenari? A dare una risposta matematica a questo interrogativo è ora uno studio puramente teorico, condotto da ricercatori delle università di Vienna e Francoforte, pubblicato su Physical Review Letters il mese scorso.

Fino a oggi, il comportamento della materia su questo confine precario era un mistero quasi impenetrabile. Negli anni ’90, il fisico Matthew Choptuik scoprì che su questa soglia critica è come se lo spaziotempo impazzisse, creando uno stato intermedio altamente instabile. «A volte basta una causa minuscola, apparentemente insignificante, per innescare un cambiamento enorme e drammatico. Prendiamo ad esempio l’acqua liquida a zero gradi Celsius», dice Daniel Grumiller, tra gli autori del nuovo studio. «È sufficiente un cambiamento minimo perché l’acqua si congeli. A quel punto, le molecole d’acqua si dispongono spontaneamente in una struttura regolare e formano un cristallo di ghiaccio».

Il problema è che le equazioni di Einstein in quattro dimensioni sono così complesse che questo “collasso critico” poteva essere studiato solo tramite pesanti simulazioni al computer. Per aggirare l’ostacolo e trovare finalmente una soluzione analitica esatta, con carta e penna, gli autori della nuova ricerca hanno utilizzato una scorciatoia matematica tanto elegante quanto insolita: hanno imposto la condizione di energia alla soglia critica utilizzando un campo scalare privo di massa, calato in uno spaziotempo a infinite dimensioni. La necessità di usare un campo non massivo deriva dal fatto che solo così si evita di introdurre una lunghezza fissa (lunghezza d’onda Compton), preservando l’esattezza matematica della soluzione. Ma perché aggiungere dimensioni?

«Il nostro universo ha quattro dimensioni: tre spaziali e una temporale», spiega Christian Ecker, primo autore dello studio. «Ma in linea di principio, nulla ci impedisce di scrivere equazioni fisiche per un numero maggiore di dimensioni: cinque, quarantadue o persino un numero infinito». L’aver portato le dimensioni a infinito è servito per “arginare” matematicamente le onde gravitazionali. In uno spaziotempo a quattro dimensioni, infatti, le continue oscillazioni del campo tra implosione ed esplosione genererebbero turbolenze che modificherebbero il campo stesso, rendendo il calcolo impossibile.

Il risultato di questo stato critico isolato è una soluzione analitica chiamata autosimilarità discreta: un frattale concentrico che mantiene lo stesso pattern via via che si fa zoom verso il centro del collasso. Questo schema geometrico che si ripete su scale di grandezza sempre più piccole è il motivo per cui ci si riferisce a esso come a un cristallo spaziotemporale.

 

Illustrazione di una porzione passata dello spaziotempo di Choptuik con autosimilarità discreta. Man mano che ci si avvicina alla parte superiore, lo scalare di Ricci (R) oscilla sempre più rapidamente fino al raggiungimento della singolarità. Si nota come il pattern si ripeta fino alla singolarità. Fonte: Christian Ecker et al., Prl, 2026

«Questo cristallo è un oggetto davvero singolare e affascinante», riprende Grumiller. «Si tratta di una sorta di stato intermedio, un punto instabile che può evolversi in due direzioni diverse. Potrebbe dissolversi di nuovo, lasciando uno spaziotempo ordinario. Ma se viene aggiunta una minuscola quantità di energia, l’evoluzione prende una piega completamente diversa: l’insignificante cristallo spaziotemporale si trasforma in un buco nero».

Siccome il pattern si ripete a scale via via più microscopiche prima che l’equilibrio si rompa, queste soluzioni dimostrano la possibilità teorica di generare buchi neri di dimensioni infinitesime.

Ovviamente le ipotesi di partenza sono delle astrazioni matematiche, ma il risultato fornisce uno strumento formidabile per sondare i limiti della relatività generale e capire come la gravità si comporti in condizioni estreme. Inoltre, questa dinamica teorica potrebbe offrire nuovi indizi sulla formazione dei buchi neri primordiali, nati dal caos dell’universo neonato.

«La nostra tecnica si è rivelata straordinariamente stabile. A seconda della precisione desiderata, possiamo migliorare sistematicamente le nostre formule ricorrendo a ulteriori metodi di approssimazione», conclude Florian Ecker. «Questo ci offre un nuovo metodo per studiare fenomeni legati ai buchi neri che in precedenza non potevano essere analizzati analiticamente».

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Sotto l’ombrellone con Universi

Copertina del numero di giugno 2026 di Universi. Crediti: Nasa

È online – e in arrivo a tutti gli abbonati, che potranno portarselo sotto l’ombrellone – il numero di giugno di Universi, l’house organ dell’Istituto nazionale di astrofisica (Inaf). In copertina, la Terra sorge dietro la Luna, ripresa dalla missione Artemis II: un’immagine che richiama la celebre fotografia Earthrise, scattata cinquantotto anni fa dagli astronauti dell’Apollo 8. Ad aprire il numero, come sempre, è l’editoriale del Presidente di Inaf, che questa volta pone l’accento sull’importanza dell’ingegno e sulla buona pratica di trasformare i limiti incontrati lungo il cammino in opportunità.

Tra gli approfondimenti, Emanuele De Rubeis e Marco Bondi raccontano come, grazie alla combinazione di alta risoluzione e di copertura alle basse frequenze offerta da Lofar-Vlbi, un gruppo di ricerca Inaf ha scoperto un’intricata rete di filamenti radio nell’ammasso di galassie Abell 2255, estesa per centinaia di migliaia di anni luce e mai osservata prima. Per il settore stelle e mezzo interstellare, protagonista è Sn 2024bch, la supernova scoperta il 29 gennaio 2024 nella galassia Ngc 3206 che ha messo alla prova i modelli classici dell’evoluzione stellare: Leonardo Tartaglia e Giorgio Valerin raccontano come il loro gruppo di ricerca ha dimostrato che le sue righe spettrali ad alta ionizzazione, inizialmente scambiate per il segnale di un’interazione violenta con il mezzo circumstellare, erano invece il prodotto di un fenomeno di fluorescenza radiativa – un comportamento così anomalo da ricordarci l’importanza di un’analisi fisica profonda e che non tutto ciò che brilla intensamente è una sorgente multimessaggera. Sul fronte marziano, Teresa Fornaro racconta come lo strumento Sherloc a bordo del rover Perseverance ha rilevato tracce di idrocarburi policiclici aromatici preservati all’interno di sali nel cratere Jezero e spiega come uno studio condotto presso il laboratorio di astrobiologia dell’Inaf di Arcetri suggerisce che questi sali marziani possano aver agito da archivi geochimici per miliardi di anni, con la questione sull’origine – abiotica o biotica – ancora aperta. Risolto invece, dopo mezzo secolo di incertezze, il mistero del litio nella Via Lattea: ne parlano Luca Izzo e Paolo Molaro, autori di uno studio Inaf che indica le nove classiche come la principale “fabbrica” di questo elemento. Chiudono gli approfondimenti Alberto Pellizzoni e Simona Righini con i “guardiani del Sole” – SunDish e Solaris – con cui l’Inaf monitora la nostra stella dai radiotelescopi di Medicina e in Sardegna fino alle basi antartiche, per costruire un sistema di allerta dei fenomeni di meteorologia spaziale.

Le rubriche di questo numero spaziano dalla tecnologia alla cultura. La rubrica Tech racconta come al Sardinia Radio Telescope si stia sperimentando la “super-risoluzione”, una tecnica che permette di ottenere immagini più dettagliate senza aumentare le dimensioni degli specchi, manipolando la forma del fronte d’onda. Metaverso presenta Space Walk, la WebAR che trasforma qualsiasi città in un Sistema solare in scala da percorrere a piedi, con i pianeti che compaiono in realtà aumentata tra piazze e portici. La rubrica Art porta al radiotelescopio di Medicina il duo artistico bolognese Antonello Ghezzi, che ha portato le meteore di Medicina dal Libano al Cile, dall’Argentina alla Palestina, con l’invito a esprimere un desiderio. Musei celebra il recente riallestimento del Museo della Specola di Bologna, riaperto a gennaio con un percorso che intreccia la storia di Guido Horn d’Arturo – inventore degli specchi a tasselli, anticipatore di Webb e del Ctao – con gli strumenti originali del Seicento e Settecento.

Completano il numero le rubriche Flash, Green, Astrobiologia, Scuola, Libri, Pop e Altriversi, e una ricca infografica sugli esopianeti scoperti in Italia. Oltre alle interviste a Roberto Maiolino sulle meraviglie del telescopio Webb e a Mariafelicia De Laurentis sull’ombra dei buchi neri, e alla “visione” di Davide Coero Borga che, insieme al fotografo Riccardo Bonuccelli, è arrivato in Sardegna, per farvi conoscere i luoghi da cui si osserva e si studia l’universo.

Insomma, è tutto pronto per una borsa da spiaggia spaziale.

Ricordo infine che dal sito della rivista è possibile abbonarsi alla versione cartacea, almeno fino a esaurimento delle nostre scorte. Per chi invece preferisce il digitale, sul sito è presente la versione sfogliabile e nell’archivio sono disponibili i pdf di tutti i numeri. Infine, potete iscrivervi alla Newsletter di Universi da questo link.

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Nel crepuscolo di Wasp-121b

Wasp-121b è un esopianeta gioviano ultra-caldo situato a 858 anni luce dalla Terra nella costellazione della Poppa. Un team di astronomi guidati da Cyril Gapp, studente di dottorato al Max Planck Institute for Astronomy (Mpia) di Heidelberg, in Germania, ha rilevato un’asimmetria nell’assorbimento della luce infrarossa proveniente dalla sua stella madre Wasp-121, filtrata parzialmente attraverso l’atmosfera del pianeta durante il transito. Questo fenomeno è stato interpretato dai ricercatori come il risultato di temperature e composizioni chimiche non uniformi nell’atmosfera di Wasp-121b. Lo studio, pubblicato questa settimana su Nature Astronomy, è stato realizzato analizzando i dati ottenuti dallo strumento NirSpec di Jwst, spettrografo nel vicino infrarosso.

Rappresentazione artistica dell’esopianeta Wasp-121b. Crediti: Patricia Klein e Mpia

«Grazie alla sua qualità osservativa senza precedenti, Jwst ci offre le immagini più dettagliate mai ottenute finora dei pianeti lontani: misurando come cambia l’assorbimento della luce stellare mentre Wasp-121b ruota, analizziamo la sua atmosfera longitudine per longitudine», spiega Gapp. Oltre a una leggera riduzione generale della luminosità verso la fine del transito, è stato osservato anche un aumento del segnale del monossido di carbonio che sembra essere un effetto termico, non correlato a un aumento delle molecole di monossido di carbonio. Il risultato più interessante è che, al contrario, la quantità di acqua nell’atmosfera sembra diminuire, segnale interpretato dagli astronomi come una reale diminuzione delle molecole d’acqua. Le temperature nell’alta atmosfera di Wasp-121b sono sufficientemente elevate da scindere le molecole d’acqua nei loro costituenti: questo risultato conferma l’esistenza di venti caldi che riscaldano la regione “serale”. Questa zona, infatti, assorbe più luce infrarossa rispetto al lato “mattutino”, in accordo con la visione comunemente accettata secondo cui venti potenti trasportano calore intenso dal giorno alla notte. I venti caldi seguono la rotazione del pianeta verso est, riscaldando la zona serale; con l’aumento delle temperature, questa regione si espande, aumentando la sezione trasversale del pianeta e permettendogli di assorbire più efficacemente la radiazione stellare.

«Wasp-121b è particolarmente estremo: le temperature medie nell’emisfero diurno si aggirano intorno ai 2770 kelvin, mentre quelle nell’emisfero notturno si avvicinano ai 1000 kelvin», spiega il coautore Tom Evans-Soma dell’Università di Newcastle, in Australia.  L’esopianeta è infatti in rotazione sincrona con Wasp-121: il suo periodo di rotazione è uguale al periodo di rivoluzione intorno alla stella. La conseguenza di questo fenomeno è che Wasp-121b ha un emisfero caldo costantemente rivolto verso la stella e un emisfero opposto più oscuro e freddo. Durante il passaggio davanti alla stella, il pianeta ruota leggermente, raggiungendo circa 30 gradi di rotazione durante un transito completo. Questo ha permesso agli astronomi di osservare le due differenti zone dell’atmosfera: quella che guida l’orbita (leading), corrispondente al lato del mattino, e quella che segue (trailing), corrispondente al lato della sera.

Vista dall’alto dell’orbita dell’esopianeta Wasp-121b attorno alla sua stella. La rotazione del pianeta è sincronizzata con la sua orbita; di conseguenza, il pianeta presenta costantemente lo stesso lato alla stella, creando così un lato diurno e uno notturno ben distinti. Le zone di transizione tra questi due emisferi sono le regioni del mattino e della sera. Crediti: Mpia

Per verificare le temperature misurate, che potrebbero causare un’espansione locale, gli astronomi hanno simulato la distribuzione di calore negli strati superiori di un pianeta gassoso in base alle proprietà del pianeta e alle posizioni del pianeta e della sua stella ospite. Sebbene questi modelli atmosferici abbiano confermato l’asimmetria causata dalle variazioni spaziali di temperatura, i dati osservati hanno rivelato un’ampiezza del segnale maggiore rispetto a quanto previsto dai modelli, e per questo gli astronomi hanno ipotizzato che nella zona d’alba possano esserci meccanismi di raffreddamento che i modelli non considerano. Alcuni studi precedenti avevano suggerito la possibile presenza di nuvole, composte non da gocce d’acqua ma da minerali come i silicati. Le nuvole possono infatti schermare efficacemente la luce infrarossa emessa dagli strati gassosi caldi sottostanti, e di conseguenza le temperature appaiono più basse. Data la difficoltà nel simulare la fisica delle nuvole, della condensazione e dell’evaporazione in un ambiente dinamico, i modelli fisici comunemente applicati alle atmosfere degli esopianeti non tengono conto delle nuvole, e ciò può portare a risultati non realistici. Dopo aver modificato la simulazione per approssimare l’effetto che le nuvole hanno sulla radiazione infrarossa proveniente dagli strati più profondi, i risultati sono più coerenti con le osservazioni. Tuttavia, solo modelli più sofisticati saranno in grado di confermare con certezza la presenza di nuvole.

Gli astronomi hanno già individuato anche altri esopianeti che rientrano nell’intervallo di temperatura e nella velocità di rotazione richiesti per studiare con successo le regioni crepuscolari, in modo da costruire un campione di pianeti gassosi ultra-caldi e scoprire somiglianze e differenze tra questi mondi estremi.

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M7, l’Esa ha scelto una missione a guida Inaf

L’annuncio è arrivato ieri da Tenerife, dov’erano riuniti i rappresentanti degli Stati membri dell’Agenzia spaziale europea per prendere decisioni di ampia portata sul futuro del programma scientifico dell’agenzia stessa: la scelta del Comitato consultivo per le scienze spaziali (Ssac, Space Science Advisory Committee) per la prossima missione di classe media – la cosiddetta M7 – è andata a Plasma Observatory, una missione la cui lead proposer è l’astrofisica Maria Federica Marcucci, ricercatrice all’Inaf Iaps di Roma.

«La missione nasce da una visione scientifica maturata nel corso degli ultimi anni grazie al contributo di una vasta comunità internazionale e consentirà di studiare per la prima volta in modo sistematico i processi fondamentali che governano il comportamento dei plasmi nello spazio attraverso osservazioni simultanee su diverse scale spaziali realizzate da una costellazione di sette satelliti», spiega Marcucci «Questa capacità osservativa multiscala senza precedenti permetterà di comprendere fenomeni fondamentali che avvengono nei plasmi che permeano l’intero universo e che hanno effetti diretti anche sull’ambiente spaziale che circonda la Terra».

Il team di Plasma Observatory. Crediti: Esa

«Come lead proposer della missione, insieme ad Alessandro Retinò (co-lead proposer) del Laboratoire de Physique des Plasmas di Parigi, e chair dello science study team», continua Marcucci, «sono particolarmente orgogliosa del ruolo svolto dalla comunità italiana e dall’Inaf durante tutte le fasi dello studio. Ricercatrici e ricercatori dell’Istituto hanno partecipato attivamente ai gruppi di lavoro che hanno contribuito a definire gli obiettivi scientifici della missione. In questo contesto, un contributo fondamentale è stato fornito dall’Università della Calabria, attraverso la partecipazione di Francesco Valentini allo science study team, sul solco di una lunga e fruttuosa collaborazione».

«Desidero inoltre sottolineare il ruolo fondamentale svolto dall’Agenzia spaziale italiana, che ha consentito alla comunità scientifica nazionale di contribuire in modo sostanziale alla maturazione scientifica e tecnologica della proposta», ricorda Marcucci. «La raccomandazione di Plasma Observatory rappresenta anche il riconoscimento di questo investimento strategico perseguito con lungimiranza e continuità, nonché della capacità dell’Italia di valorizzare le competenze maturate ed essere protagonista nei grandi programmi scientifici europei, dalla definizione delle domande scientifiche fino alla realizzazione delle tecnologie necessarie per affrontarle.

Schema del processo di selezione di una missione di classe media dell’Esa. Crediti: Esa/Atg

La proposta del Comitato consultivo dell’Esa – che si avvale di gruppi di lavoro composti da scienziati esterni specializzati in diversi ambiti  – arriva al termine di una durissima selezione: il numero delle missioni in gara, inizialmente 27, si è infatti ristretto progressivamente a cinque, poi a tre e infine, appunto, alla sola Plasma Observatory. Ora il Comitato per il programma scientifico (Spc, Science Programme Commitee) ha preso atto di questa raccomandazione e adotterà una decisione formale in merito nella prossima riunione, prevista per novembre 2026, una volta consolidati gli impegni finanziari relativi allo sviluppo della strumentazione.

 

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Eccesso di luce nel cielo radio

I modelli di emissione del cielo radio giocano un ruolo chiave per studiare l’universo alle basse frequenze. Uno studio pubblicato questa settimana su Nature Astronomy suggerisce che questi modelli raccontano una storia incompleta: il cielo radio è più luminoso di quanto pensassimo.

La brillanza del cielo a basse frequenze radio – tra 60 e 350 megahertz – è stata misurata con una precisione senza precedenti da un team internazionale di ricerca guidato dall’agenzia scientifica australiana Csiro. Secondo il team, uno dei modelli di riferimento più utilizzati in radioastronomia sottostima la luminosità del cielo di circa il 20 per cento alle frequenze più basse considerate, arrivando fino al 50 per cento a 350 megahertz.

Pietro Bolli in Australia al sito di Mwa/Ska-Low. Crediti: Inaf

Per capire meglio le implicazioni di queste misure, Media Inaf  ha intervistato uno dei coautori dello studio, Pietro Bolli, dirigente tecnologo all’Istituto nazionale di astrofisica e responsabile per la progettazione e l’analisi elettromagnetica dei sistemi d’antenna di Ska-Low, le antenne a bassa frequenza dell’Osservatorio Ska.

Qual è l’importanza di questo risultato?

«Si tratta di una misura assoluta dell’emissione diffusa dell’emisfero australe, ottenuta attraverso un’accurata calibrazione strumentale. Questo risultato indica la necessità di introdurre termini correttivi rispetto ai modelli attualmente in utilizzo dalla comunità scientifica, basati perlopiù su misure effettuate decenni fa».

Come influenzerà la radioastronomia il nuovo cielo radio?

«Il contesto attuale è particolarmente interessato a questo tema. Nei prossimi decenni la radioastronomia a bassa frequenza sarà infatti dominata dal più grande radiotelescopio mai concepito, Ska-Low. La calibrazione di un interferometro del genere è un passaggio fondamentale per la corretta interpretazione dei dati raccolti. Il nuovo risultato è proprio un follow-up dell’attività di ricerca volta a individuare ed ottimizzare le strategie di calibrazione più efficaci per Ska-Low. La misura presentata è stata condotta utilizzando un’antenna Skala 4.1, che è proprio il modello di antenna scelto per Ska-Low, assieme a un ricevitore sviluppato in Australia da Csiro per misure radiometriche assolute a elevata precisione».

Potrebbe cambiare qualcosa in ciò che sappiamo dell’universo?

«Avere una conoscenza più accurata possibile dell’emissione diffusa dell’universo radio è fondamentale per ottenere modelli di riferimento affidabili e conseguentemente calibrare l’osservazione. L’emissione radio del cielo, a basse frequenze, è dominata dai processi di radiazione di sincrotrone nella nostra galassia e dalle emissioni di tutte le sorgenti extragalattiche. Conoscere con precisione questo contributo è vitale in vari ambiti astrofisici, in particolare per tracciare i processi astrofisici dell’universo primordiale. Inoltre, la conferma di un eccesso di radiazione all’estremo più alto della banda di frequenza farà crescere l’interesse a indagare ipotesi alternative per la sua spiegazione, come ad esempio la presenza di un forte processo di annichilazione della materia oscura nell’universo primordiale».

L’antenna e il ricevitore utilizzati per le osservazioni presso Inyarrimanha Ilgari Bundara, il Murchison Radio-Astronomy Observatory del Csiro, nel territorio del popolo Wajarri. Crediti: Ravi Subrahmanyan

Le vostre misure possono essere considerate un’anticipazione delle capacità scientifiche del futuro Osservatorio Ska?

«Il nostro lavoro usa una singola antenna, che osserva una regione del cielo estremamente ampia, detta all-sky. Si differenzia quindi nettamente dall’interferometro Ska-Low, che viceversa, usando centinaia di stazioni costituite da 256 antenne ciascuna, permetterà di avere risoluzioni angolari estremamente fini e sensibilità elevatissime. Allo stesso tempo, questo lavoro conferma la solidità del progetto dell’antenna, ovvero di un elemento fondamentale nella complessità tecnologica di Ska-Low. Molti dei dati di simulazione usati in questo studio saranno trasferiti anche per la calibrazione e caratterizzazione elettromagnetica delle stazioni di Ska-Low».

Qual è stato il contributo dell’Istituto nazionale di astrofisica?

«La tecnica utilizzata richiede una caratterizzazione estremamente dettagliata del sistema di ricezione, composto dall’antenna e da successivi stadi a radiofrequenza, in modo da cancellare gli effetti strumentali dai dati ottenuti. Come Inaf, abbiamo contribuito al lavoro dei colleghi australiani fornendo risultati da simulazioni elettromagnetiche dell’antenna Skala 4.1 che potessero essere inseriti nella procedura di calibrazione. Le simulazioni effettuate hanno cercato di rappresentare in maniera più fedele possibile le prestazioni dell’antenna all’interno dell’ambiente operativo. Aggiungerei che con la partecipazione a questo e ad altri studi, l’Inaf capitalizza una strategia partita più di quindici anni fa, di investimento di risorse significative per lo sviluppo tecnologico di grandi infrastrutture di ricerca. Il gruppo tecnologico Ska-Low coordinato da Jader Monari dell’Istituto di Radioastronomia, ha svolto un ruolo di rilievo internazionale nella progettazione di numerosi elementi della catena di ricezione di Ska-Low. La progettazione e sviluppo dell’antenna Skala4.1 e le sofisticate simulazioni elettromagnetiche sono esempi concreti di attività di ricerca in cui Inaf, con i propri partner istituzionali e industriali, ha creato una legacy nel progetto Ska di cui ora raccoglie i frutti».


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Stelle appena nate nella foto del mese di Webb

Avete presente la celebre Nebulosa di Orione? Ecco, nascosto dietro il suo gas e la sua polvere si trova un oggetto altrettanto spettacolare e variopinto: il complesso delle Nubi Molecolari di Orione, visibile in questa immagine grazie allo strumento agli infrarossi NirCam di Jwst, il James Webb Space Telescope. Selezionata come picture of the month di Jwst per il mese di giugno 2026, riesce a mostrarci uno scenario altrimenti invisibile: in banda ottica, infatti, la luce viene assorbita completamente dal materiale della nebulosa antistante, rendendo le osservazioni impossibili a lunghezze d’onda minori di quelle infrarosse.

Regione all’interno di una nube molecolare in cui si formano le stelle. Lo sfondo è ricoperto da strati di gas e polvere dai colori blu, verde e giallastri. Agglomerati più densi di polvere fredda, di colore che va dal marrone scuro al nero, bloccano completamente la luce. Le stelle si trovano sia all’interno che sopra le nubi, dalle quelle piccole arancioni alle grandi stelle bianche o blu. Le onde e i flussi di gas incandescente di colore biancastro sono generati dai getti delle protostelle che entrano in collisione con il materiale circostante. Crediti: Esa/Webb, Nasa & Csa, T. Megeath, M. Zamani (Esa/Webb)

In realtà, il complesso si divide in quattro parti, denominate da Omc-1 a Omc-4, e la foto scattata da Webb cattura solo una piccola parte di Omc-2, distante 1280 anni luce da noi: una regione ampia circa 150 anni luce in cui è in atto un’intensa attività di formazione stellare che dà origine a questa scenografica composizione di colori.

Le nubi molecolari, infatti, sono enormi agglomerati di gas freddo, molto più densi del mezzo interstellare circostante, ed è proprio questa elevata densità che permette al gas di collassare sotto l’azione della gravità, dando origine alle protostelle, il primo stadio del processo di formazione stellare. Man mano che il materiale continua a precipitare sulla protostella in formazione, si riscalda progressivamente e parte dell’enorme energia liberata durante il processo viene convertita in potenti getti di gas espulsi dai poli della stella. Questi getti generano onde d’urto ad alta velocità che attraversano il gas circostante, comprimendolo e riscaldandolo fino a produrre caratteristiche creste luminose ben definite. Nell’immagine è possibile individuare la posizione delle protostelle, ancora nascoste all’interno dei loro gusci di gas e polvere, seguendo a ritroso la direzione di questi flussi.

Al contrario, stelle già formate hanno disperso gran parte del materiale da cui sono nate attraverso la loro radiazione e i loro venti stellari, e per questo motivo appaiono in regioni relativamente sgombre di gas e polvere, rendendosi osservabili direttamente e illuminando Omc-2 con la loro intensa luce bianco-blu.

A queste zone illuminate si mescolano quelle completamente scure, dove la polvere fredda è così densa da assorbire quasi tutta la luce, mentre le regioni marroni e arancioni indicano la presenza di polvere più calda che assorbe e riemette luce. Le sfumature dal giallo al verde sono dovute in gran parte alle emissioni degli idrocarburi policiclici aromatici, mentre la luce delle stelle e delle protostelle, diffusa dai granelli di polvere, appare sotto forma di foschia blu e ciano.

Le osservazioni di questa regione sono state condotte all’interno di un programma che mira a studiare la formazione stellare all’interno delle nubi Omc-2 e Omc-3. In particolare, i dati di Webb verranno usati per comprendere meglio i fenomeni di accrescimento sulle protostelle e come la presenza dei numerosi flussi di gas nella regione influenzi gli stadi iniziali della vita delle stelle.

 

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Ecco il più antico quasar sfarfallante

Utilizzando i dati d’archivio raccolti dalla missione Neowise della Nasa, un team di astronomi del Mit ha individuato il quasar variabile più antico mai osservato. Il suo nome è J0439+1634, era già presente all’“alba cosmica”, quando l’universo aveva appena 850 milioni di anni (z ≈ 6.5), e la sua luminosità cambia nel tempo: un fenomeno mai osservato prima in un oggetto così distante. La scoperta, pubblicata questa settimana su Nature Astronomy, apre una nuova finestra di osservazione sui primi buchi neri supermassicci e sull’evoluzione delle galassie nell’universo primordiale.

Illustrazione artistica che mostra un buco nero supermassiccio al centro di un quasar. Crediti: Nasa/Jpl-Caltech

I quasar sono tra gli oggetti più luminosi dell’universo. Si tratta di nuclei galattici attivi alimentati da buchi neri supermassicci che emettono enormi quantità di radiazione mentre accrescono materia.

Per molto tempo si è ritenuto che le prime galassie formatesi nel cosmo avessero bisogno di oltre un miliardo di anni per stabilizzarsi e maturare, e che quindi i buchi neri supermassicci non dovessero essere presenti nelle prime fasi dell’universo. Le osservazioni condotte a partire dai primi anni Duemila hanno però raccontato una storia diversa. Oggi gli astronomi hanno infatti identificato oltre duecento quasar risalenti al primo miliardo di anni di vita dell’universo.

Per studiare meglio questi antichi “mostri cosmici”, un team guidato da Gene Leung, del Massachusetts Institute of Technology, ha cercato le variazioni di luminosità di un quasar primordiale. Per farlo, gli autori dello studio hanno esaminato immagini dell’universo ottenute a lunghezze d’onda infrarosse e su intervalli temporali molto lunghi, dell’ordine di anni. A causa dell’espansione cosmica, infatti, la luce emessa da sorgenti remote viene spostata verso lunghezze d’onda più lunghe (redshift). Anche le variazioni temporali risultano però dilatate: un fenomeno che nel sistema di riferimento d’un quasar durerebbe settimane può apparire infatti distribuito su diversi mesi agli osservatori terrestri.

«Questa è stata la sfida tecnica che dovevamo superare», spiega Anna-Christina Eilers, ricercatrice al Mit e coautrice della pubblicazione. «Avevamo bisogno di dati raccolti ripetutamente a lunghezze d’onda infrarosse e su scale temporali molto estese».

Sfruttando circa quattordici anni di dati raccolti dal telescopio spaziale Neowise, gli astronomi hanno individuato un segnale risalente a soli 850 milioni di anni dopo il Big Bang. Era il segnale di J0439+1634, un quasar la cui luce ha viaggiato per quasi 13 miliardi di anni prima di raggiungerci.

Scoperto nel 2018 da un team internazionale di astronomi comprendente anche il ricercatore dell’Inaf Marco Bonaglia, J0439+1634 è stato a lungo il quasar più luminoso conosciuto nell’universo primordiale. Superato in luminosità nel 2024 da J0529-4351, oggi detiene un altro primato. Le analisi condotte in questo studio hanno infatti rivelato una chiara variabilità della sua emissione: il cosiddetto flickering, o “sfarfallio” – un fenomeno mai osservato prima in un oggetto così distante, rendendolo il quasar variabile più antico mai osservato.

«Nel corso dei 14 anni, abbiamo visto il quasar variare la sua luminosità in modo casuale, un po’ come la fiamma di una candela che tremola senza uno schema fisso», dice a questo proposito Leung.

I ricercatori stimano che il quasar abbia una luminosità pari a 12mila miliardi di Soli e che questa vari di circa il 20 per cento: quasi duemila miliardi di volte la luminosità della nostra stella. Gli scienziati hanno inoltre tracciato le variazioni di luminosità del quasar a diverse lunghezze d’onda, che hanno permesso di ottenere informazioni sulla forma e sulla struttura del disco di accrescimento attorno al buco nero centrale. Poiché la lunghezza d’onda della radiazione dipende dalla temperatura del materiale che la emette — e poiché il materiale più vicino al buco nero è anche il più caldo — le diverse bande possono essere infatti utilizzate per ricostruire la geometria del disco.

Dall’analisi è emerso che il disco del buco nero al centro di J0439+1634 è sorprendentemente sottile e piatto, una configurazione tipica dei buchi neri vicini e antichi, che hanno avuto molto più tempo per stabilizzarsi e maturare, spiegano i ricercatori.

Il team spera ora di spingersi ancora più indietro nel tempo cosmico per osservare quasar in fasi ancora più precoci del loro sviluppo. In questo modo gli scienziati potranno iniziare a ricostruire le condizioni che hanno portato alla nascita dei primi buchi neri supermassicci.

«Questo risultato», conclude Eilers, «fornisce una prova diretta del fatto che gli stessi processi di accrescimento e le stesse strutture osservate nell’universo vicino erano già presenti in epoche molto antiche, nonostante condizioni cosmiche profondamente diverse, qualcosa che non era mai stato osservato prima».

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L’attrazione magnetica delle stelle binarie

Come fanno due stelle neonate ad avvicinarsi e aggregarsi così rapidamente in sistemi binari? A svelare il mistero è oggi uno studio, pubblicato sulla rivista The Monthly Notices of the Royal Astronomical Society e guidato da un team di ricerca giapponese, che ha individuato nei campi magnetici la chiave di volta per spiegare questo fenomeno.

Le stelle si formano da nubi di gas interstellare che collassano in regioni dense, dette nuclei di nubi molecolari. In queste zone, più stelle si formano contemporaneamente vicine tra loro e, in alcuni casi, due di esse rimangono legate gravitazionalmente, dando vita a un sistema stellare binario. Le osservazioni di archivio suggeriscono che questi sistemi si formino molto presto, prima ancora che le stelle stesse si siano sviluppate del tutto.

Visualizzazione dei flussi di gas attorno a un sistema di protostelle binarie calcolata da Aterui III. Il gas in rosso orbita attorno a una delle due protostelle, quello in blu attorno al sistema binario complessivo, mentre il gas riprodotto in verde viene espulso dal sistema, portando via momento angolare. Crediti: Matsumoto, Hotokezaka, Inayoshi 2026

Il team di ricerca ha effettuato nuove simulazioni utilizzando diversi supercomputer, tra cui il supercomputer per simulazioni astronomiche Aterui III e il suo predecessore Aterui II, entrambi presso l’Osservatorio astronomico nazionale del Giappone. I risultati mostrano che le interazioni tra un campo magnetico interstellare e il gas che circonda le protostelle possono rimuovere momento angolare dalla coppia di protostelle, consentendo ai sistemi binari di formarsi in un arco temporale realistico. Nella simulazione eseguita in assenza di alcun campo magnetico, le protostelle si sono in realtà allontanate l’una dall’altra, evidenziando l’importanza del campo magnetico in questo processo.

Inoltre, le simulazioni suggeriscono che lo stesso processo potrebbe applicarsi ai buchi neri binari massicci situati nel cuore ricco di gas di una nuova galassia nata dalla fusione di due galassie più piccole. Questo aiuterebbe a spiegare come i buchi neri massicci riescano ad avvicinarsi abbastanza da fondersi e formare un buco nero supermassiccio. Tuttavia, la simulazione diretta di buchi neri massicci nell’arco di tempo necessario affinché questi si avvicinino spiraleggiando l’uno attorno all’altro rappresenta ancora una sfida dal punto di vista computazionale. Pertanto, un’indagine rigorosa sugli effetti dei campi magnetici sui buchi neri binari massicci rimane un obiettivo per le ricerche future.

Per saperne di più:

Guarda sul canale YouTube del CfCA (Naoj) la simulazione dei flussi di gas attorno a un sistema di protostelle binarie elaborata con Aterui III:

 

 

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Sarà Luca Parmitano il pilota di Artemis III

La Nasa ha annunciato oggi la composizione dell’equipaggio della missione Artemis III: Randy Bresnik (comandante, Nasa), Luca Parmitano (Esa), Frank Rubio e Andre Douglas (specialisti di atterraggio, entrambi Nasa). È stato inoltre designato come membro di riserva dell’equipaggio l’astronauta Bob Hines (Nasa). L’equipaggio inizierà ora un rigoroso programma di addestramento per familiarizzarsi con i sistemi della navicella Orion e con il funzionamento dei sistemi di atterraggio con equipaggio umano, in vista di un’ambiziosa serie di dimostrazioni che precederanno la missione di atterraggio sulla Luna.

L’equipaggio della missione Artemis III. Da sinistra: Andre Douglas, Luca Parmitano, Randy Bresnik e Frank Rubio. Crediti: Nasa

Luca Parmitano, astronauta italiano dell’Esa, ha trascorso 366 giorni nello spazio nel corso di due missioni di lunga durata sulla Stazione spaziale internazionale, Volare e Beyond. Durante queste missioni, ha collaborato a centinaia di esperimenti, ha effettuato sei passeggiate spaziali per un totale di oltre 30 ore ed è diventato comandante della Stazione. Da quando è tornato sulla Terra, Parmitano ha ricoperto il ruolo di referente dell’Esa presso il Johnson Space Center della Nasa a Houston, agendo come “CapCom” e addestrando gli astronauti dell’Esa per le passeggiate spaziali e le operazioni robotiche. L’anno scorso Parmitano ha partecipato all’Underway Recovery Test 12 della Nasa, al largo delle coste della California, per simulare l’ammaraggio e il recupero degli astronauti di Artemis da un modello in scala reale della navicella Orion.

«Sono onorato di far parte di questo equipaggio e allo stesso tempo mi sento umile: i miei compagni di missione apportano un bagaglio di esperienze molto variegato, e non vedo l’ora di lavorare con loro, desideroso di imparare e di dare il mio massimo contributo nel mio ruolo. In qualità di pilota collaudatore, questa è davvero una missione da sogno, poiché potremo contribuire a testare i sistemi e a sviluppare le procedure affinché i futuri equipaggi possano spingersi più lontano e, in ultima analisi, riportare l’umanità sulla Luna», ha detto Luca Parmitano. «Sono molto grato all’Aeronautica militare per avermi fornito l’addestramento nelle mie prime fasi; all’Agenzia spaziale italiana – e all’Italia nel suo complesso – per avermi affidato il loro primissimo volo di lunga durata quando ero solo un novellino; all’Agenzia spaziale europea per l’addestramento, il sostegno infinito e le incredibili opportunità che ho avuto da quando sono diventato un astronauta dell’Esa, e alla Nasa per la sua leadership nel riportare l’umanità sulla Luna. È la conferma che l’Esa è un partner affidabile e la continuazione di una solida collaborazione che porterà un europeo sulla Luna».

«Artemis III amplierà i confini delle operazioni spaziali in orbita. La nomina dell’astronauta dell’Esa Luca Parmitano a pilota riflette la profonda competenza europea nel campo dei voli spaziali con equipaggio umano e fa leva sulla sua vasta esperienza operativa in situazioni di forte pressione», ha detto Josef Aschbacher, direttore generale dell’Esa. «Allo stesso tempo, il Modulo di servizio europeo (Esm) dell’Esa fornirà ancora una volta le capacità fondamentali che alimentano Orion, dimostrando il ruolo duraturo dell’Europa nel cuore stesso del programma Artemis. La notizia giunta oggi da Houston è un forte riconoscimento del ruolo dell’Esa nel rendere possibile il ritorno dell’umanità sulla Luna – e un progresso chiave nella nostra collaborazione con la Nasa. Gli europei possono essere orgogliosi di far parte di questo emozionante viaggio».

Fonte: press release Esa

La dichiarazione di Luca Parmitano (in inglese) sul canale YouTube dell’Esa:

 

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Vento record soffia dal cuore d’un quasar

Gli astronomi sanno ormai da quasi trent’anni che al centro di ogni grande galassia si nasconde un enorme buco nero supermassiccio con una massa che può variare da milioni a miliardi di volte quella del Sole. Sebbene questi oggetti celesti siano spesso descritti come divoratori cosmici capaci di inghiottire tutto ciò che si trova nelle loro vicinanze, in realtà non tutta la materia che cade verso di loro finisce oltre l’orizzonte degli eventi. Una parte può essere infatti espulsa sotto forma di potenti venti. È proprio uno di questi deflussi ad aver stabilito un nuovo record osservativo.

Rappresentazione artistica di un quasar. Il punto nero al centro rappresenta il buco nero supermassiccio che alimenta la galassia attiva. La struttura a spirale rossa e gialla che lo circonda è il disco di gas caldo in caduta verso il buco nero. Una parte di questa materia è espulsa sotto forma di vento, mostrato in azzurro chiaro. Le dimensioni del disco sono paragonabili a quelle del Sistema solare. Crediti: Nasa/Cxc/M. Weiss, Nahks Tr’Ehnl, Nurten Filiz Ak

Studiando il quasar J2318, una galassia attiva situata nella costellazione di Pegaso, un team guidato da ricercatori della York University ha infatti individuato un vento che raggiunge i 90mila chilometri al secondo, pari al 30 per cento della velocità della luce: il più rapido deflusso di gas mai osservato alle lunghezze d’onda dell’ultravioletto.

Si tratta di una velocità da record, che gli autori hanno voluto sottolineare già nel titolo dello studio che riporta la scoperta, con un richiamo alla celebre saga cinematografica Fast & Furious: “A New Member of the Fast and Furious Family: A Relativistic and Time-variable UV Outflow in a Luminous Quasar”. Il risultato della ricerca, pubblicato la settimana scorsa su The Astrophysical Journal, fornisce nuovi indizi sul modo in cui i buchi neri supermassicci influenzano l’evoluzione delle galassie che li ospitano.

I quasar sono tra gli oggetti più luminosi dell’universo. La loro enorme emissione di radiazione nasce dal disco di accrescimento che circonda il buco nero, una struttura composta da gas surriscaldato che spiraleggia verso il centro dell’oggetto compatto. Proprio questa intensa radiazione può esercitare una pressione sufficiente a spingere parte del materiale in caduta verso l’esterno.

«Il quasar ospita un buco nero con una massa di circa 1,7 miliardi di volte quella del Sole, un valore del tutto normale per questi oggetti», dice uno dei coautori dello studio, Patrick Hall, della York University. «Ciò che non è normale è il gas che vediamo muoversi verso di noi: viaggia a una velocità pari al 30 per cento di quella della luce».

«Spesso osserviamo venti di materia emessi dal buco nero dalla luce del quasar», ricorda il primo autore dello studio. Lucas Seaton, della York University. «Alle lunghezze d’onda dei raggi X si osservano venti ancora più veloci di questo, ma J2318 è il più veloce mai scoperto alle lunghezze d’onda dell’ultravioletto».

Le osservazioni hanno mostrato, infatti, che il gas viene espulso a 90mila chilometri al secondo: una velocità che, come anticipato, ne fa il più rapido deflusso mai osservato nell’ultravioletto in prossimità di un buco nero supermassiccio.

Da anni gli studi mostrano come la radiazione prodotta dal disco di accrescimento di un buco nero supermassiccio possa spingere il gas verso l’esterno. A differenza dei venti terrestri, generati da differenze di pressione atmosferica, quelli dei quasar sono infatti alimentati direttamente dalla luce. I fotoni trasferiscono una piccolissima quantità di moto agli atomi del gas e, quando il numero di fotoni è enorme, come nel caso di un quasar, l’effetto complessivo può accelerare il gas a velocità impressionanti.

«I quasar emettono così tanti fotoni che questi piccoli impulsi si sommano fino a raggiungere velocità estreme», spiega a questo proposito Seaton. «Il problema è che i fotoni possono anche strappare tutti gli elettroni dagli atomi, rendendoli invisibili. Capire come il gas possa essere accelerato fino alle velocità che osserviamo mantenendo, allo stesso tempo, intatti gli ioni che rileviamo rappresenta ancora un enigma».

Il quasar J2318 è stato individuato grazie ai dati raccolti nell’ambito di due sottoprogrammi della Sloan Digital Sky Survey, uno dei più grandi programmi di mappatura astronomica mai realizzati: il Time-Domain Spectroscopic Survey della quarta campagna osservativa (Sdss-IV) e il Black Hole Mapper della quinta campagna osservativa (Sdss-V). A notare per prima le caratteristiche insolite della galassia attiva è stata Marianna Veltri, sll’epoca studentessa universitaria, oggi ricercatrice al Dipartimento di fisica e astronomia della York University. Analizzando più nel dettaglio gli spettri di luce, il team si è reso conto di avere di fronte qualcosa di eccezionale: il vento più veloce mai osservato nell’ultravioletto in prossimità di un buco nero supermassiccio. Osservazioni di follow-up con il telescopio Gemini North, alle Hawaii, hanno confermato la natura estrema del deflusso.

Oltre al record osservativo, il risultato dello studio offre nuovi indizi su uno dei processi più importanti dell’evoluzione galattica: il cosiddetto feedback dei nuclei galattici attivi, il processo attraverso il quale l’energia prodotta nelle regioni centrali delle galassie influenza l’ambiente circostante, regolando la formazione stellare e l’evoluzione stessa delle galassie.

«I deflussi estremi trasportano enormi quantità di energia e possono influenzare profondamente le galassie che li ospitano», dice a questo proposito Paola Rodríguez Hidalgo, ricercatrice all’Università di Washington Bothell, negli Usa, e coautrice della ricerca. «Questi venti potrebbero dunque rappresentare il collegamento tra il buco nero attivo al centro di una galassia e il resto della galassia stessa. Questo processo è incluso nelle simulazioni di formazione galattica da decenni, ma resta ancora molto da comprendere attraverso le osservazioni per verificare che i modelli lo descrivano correttamente».

I ricercatori intendono ora proseguire la caccia a fenomeni simili. Le ricerche di altri quasar con venti estremamente veloci sono infatti già in corso. Non sarà facile trovare nell’ultravioletto un deflusso più rapido di quello di J2318, concludono i ricercatori, ma continuiamo a cercare questi fenomeni, dall’universo vicino fino alle regioni più lontane che siamo in grado di osservare.

Per saperne di più:

  • Leggi su The Astrophysical Journal l’articolo “A New Member of the Fast and Furious Family: A Relativistic and Time-variable UV Outflow in a Luminous Quasar” di Lucas M. SeatonPatrick B. HallLiliana FloresPaola Rodríguez HidalgoMarianna VeltriZezhou ZhuJavier SernaW. Niel BrandtScott AndersonRoberto J. AssefEduardo BañadosCatherine J. GrierYasaman HomayouniSean MorrisonC. Alenka NegreteAmy L. RankineJessie RunnoeDonald P. SchneiderYue ShenMatthew TempleBenny TrakhtenbrotJonathan R. Trump ed Erik Weiss

 

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Euclid inizia a mappare la materia oscura

Se qualcosa non si vede, non è detto che non ci sia. Come i trucchi degli illusionisti, o il lavoro invisibile di chi rassetta e riordina case, uffici e camere d’alberghi. Aguzzando la vista, se ne possono scorgere gli effetti – effetti indiretti su ciò che invece vediamo chiaramente. Succede anche nell’universo, dove una gran parte della massa sembra mancare all’appello ma (molto probabilmente) esiste, anche se non interagisce con la luce e dunque non possiamo osservarla con i telescopi.

Parliamo della materia oscura, quella componente che – a conti fatti – sembra essere ubiqua nel cosmo, superando di ben cinque volte la più banale materia “ordinaria”, quella visibile, per capirci, di cui son fatti stelle, pianeti e pure i nostri miseri corpi mortali. Una componente che è invisibile, sì, ma non si nasconde troppo bene: con la materia visibile, infatti, ci interagisce eccome, attraverso la gravità, lasciando qua e là segni di un camouflage non del tutto riuscito.

Il satellite Euclid dell’Agenzia spaziale europea, lanciato nel 2023 per studiare proprio la materia oscura – insieme alla sua controparte ancor più misteriosa, l’energia oscura – ha prodotto il suo primo risultato in questa direzione: la mappa della materia oscura in un ammasso di galassie. In particolare, si tratta di Abell 2390, un ammasso che contiene poco meno di un centinaio di galassie, la cui luce ha viaggiato per 2,7 miliardi di anni prima di raggiungere il telescopio spaziale, che l’ha studiato nell’ambito del programma di Early Release Observations, i cui dati sono stati resi pubblici a maggio 2024.

L’ammasso di galassie Abell 2390, osservato da Euclid. In viola, la distribuzione della massa totale, dovuta principalmente all’invisibile materia oscura, ricostruita a partire dal lensing gravitazionale debole. Le piccole macchie blu sono artefatti dell’immagine, creati dalla riflessione della luce all’interno dello strumento Vis a bordo di Euclid. Crediti: Esa/Euclid/Euclid Consortium/Nasa, image processing by J.-C. Cuillandre (CEA Paris-Saclay), G. Anselmi. Weak lensing map: T. Schrabback et al. (2026). CC BY-SA 3.0 IGO

Gli ammassi di galassie sono le più grandi strutture cosmiche tenute insieme dalla mutua gravità: contengono fino a centinaia o migliaia di galassie, amalgamate da enormi quantità di gas caldo con temperature di milioni di gradi e, si sospetta, da un ammontare ancor più grande di invisibile materia oscura. Questa ingente quantità di massa deforma il tessuto dello spaziotempo circostante, come previsto dalla teoria della relatività generale di Einstein, curvando il percorso di qualsiasi corpo si trovi a passare nelle vicinanze. Compresa la luce che proviene da galassie ancora più lontane.

L’effetto, dimostrato per la prima volta durante l’eclissi di Sole del 1919, si chiama lensing gravitazionale: i corpi dotati di massa – come il Sole, nel caso dell’eclissi di un secolo fa, oppure il portentoso ammasso di galassie osservato da Euclid – si comportano proprio come una lente d’ingrandimento, deformando le immagini di ciò che osserviamo “dietro” di loro. Queste distorsioni sono i “segni” lasciati dalla materia oscura su quella visibile: da esse possiamo intuire l’entità dell’oggetto che le ha indotte, che sia fatto esso di materia ordinaria, oscura, o una combinazione delle due.

Le lenti gravitazionali più spettacolari, dette lenti “forti”, producono immagini multiple della stessa sorgente e trasformano le galassie distanti in una moltitudine di archi, archetti e addirittura anelli. Nella maggior parte dei casi, tuttavia, la deflessione è minuscola e si riesce a stimare solo statisticamente, misurando con grandissima precisione la forma di un immenso numero di galassie: in questo caso, si parla di lensing gravitazionale debole.

È questo uno dei metodi con cui la missione Euclid sta sondando il “lato oscuro” dell’universo, mappando oltre un miliardo di galassie, stimando le loro posizioni e calcolando quanta parte della loro forma è intrinseca e quanta dovuta, invece, all’effetto di lente gravitazionale della materia che la loro luce ha incontrato nel lungo tragitto attraverso il cosmo. L’obiettivo è dedurre la distribuzione della materia oscura su grande scala, che causa questo sottile effetto di lente gravitazionale debole diffuso, detto in gergo cosmic shear. Per cominciare, però, ha iniziato a farlo su scala più piccola: quella di un singolo ammasso di galassie.

«La grande capacità di Euclid nel misurare la massa degli ammassi di galassie attraverso il lensing gravitazionale risulta cruciale per utilizzare l’evoluzione cosmica del numero di ammassi individuati nella survey per un censimento globale delle componenti oscure dell’universo», racconta a Media Inaf  Piero Rosati, professore all’Università di Ferrara e coautore del nuovo studio, pubblicato su Astronomy & Astrophysics.

L’ammasso di galassie Abell 2390, osservato da Euclid. In magenta, la misura della deflessione (shear) causata dall’effetto di lensing gravitazionale debole. Crediti: Esa/Euclid/Euclid Consortium/Nasa, image processing by J.-C. Cuillandre (CEA Paris-Saclay), G. Anselmi. Weak lensing map: T. Schrabback et al. (2026). CC BY-SA 3.0 IGO

«Il nostro studio pilota dimostra che le immagini profonde e nitide fornite da Euclid ci permettono di tracciare queste distorsioni di lensing gravitazionale debole con eccellente precisione», spiega Tim Schrabback, professore all’Università di Innsbruck e primo autore dell’articolo. La mappa rivela un pattern vagamente circolare intorno al centro dell’ammasso, che permette di stimarne il campo gravitazionale e, da esso, la distribuzione della massa totale, costituita per la maggior parte parte di (altrimenti invisibile) materia oscura.

L’anno scorso era già stata pubblicata un’analisi preliminare del fenomeno basata sui dati di Euclid in due ammassi di galassie, compreso lo stesso Abell 2390, del quale questo lavoro approfondisce l’indagine. «In questo articolo si sfrutta l’effetto del lensing nel regime debole, associato alle regioni esterne degli ammassi», aggiunge Rosati. «In quelle interne invece agisce il cosiddetto “regime forte” che permette di mappare in dettaglio la distribuzione di materia oscura negli ammassi, fornendo un controllo indipendente della loro massa». All’effetto di lensing gravitazionale forte prodotto da Abell 2390 era stato dedicato anche un altro lavoro lo scorso anno, basato sugli stessi dati di Euclid in combinazione con osservazioni spettroscopiche dello strumento Muse al Very Large Telescope dell’Eso, in Cile, guidato da Davide Abriola dell’Università di Milano, i cui risultati sono ora stati confermati da un nuovo esame che analizza entrambi gli effetti – lensing debole e forte – sotto la guida di Jose Diego dell’Instituto de Física de Cantabria.

Non essendo possibile stimare l’impatto del lensing gravitazionale debole dall’osservazione di una singola galassia, poiché non se ne conosce la forma intrinseca, i ricercatori non hanno scelta: devono osservarne quante più possibile. «Misuriamo le forme di migliaia di galassie», nota il coautore Giuseppe Congedo, ricercatore all’Università di Edimburgo, che ha sviluppato il metodo per stimare la forma delle galassie usato in questo lavoro. «Le distorsioni gravitazionali, quello che chiamiamo shear, possono quindi essere rilevate come allineamenti netti locali nelle ellitticità delle galassie». La ricerca ha analizzato la forma di 50mila galassie situate più lontano da noi rispetto all’ammasso: solo queste, infatti, subiscono l’effetto di lente gravitazionale, e devono essere selezionate accuratamente. La selezione è stata realizzata stimando la distanza delle galassie sulla base di osservazioni in diverse lunghezze d’onda della luce visibile e infrarossa, ottenute sia con Euclid che con il telescopio Subaru, alle Hawai’i.

I risultati ottenuti su Abell 2390 sono in accordo con studi analoghi compiuti in passato utilizzando immagini di telescopi spaziali, come Hubble, per esempio. Lo studio dimostra così le potenzialità di Euclid – che con un campo di vista 180 volte più grande rispetto a quello di Hubble scansionerà oltre un terzo del cielo – nella stima del lensing gravitazionale debole causato da ammassi di galassie e dalla struttura cosmica su grande scala, per tracciare la crescita delle strutture nel corso della storia dell’universo.

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Limiti alle “quinte forze” dalla gravità quantistica

Da decenni, in fisica si cerca una quinta forza: un’ipotetica nuova interazione fondamentale oltre alle quattro già note – la gravità, l’interazione elettromagnetica e le forze nucleari debole e forte. Una quinta forza potrebbe manifestarsi come una piccola deviazione dalla legge di gravitazione di Newton, per esempio a distanze molto piccole, ed è normalmente descritta attraverso due parametri: la sua intensità e il suo raggio d’azione.

Finora, queste possibili forze sono state trattate soprattutto come possibilità aperte, da verificare sperimentalmente con misure di precisione. Un nuovo studio, guidato dal ricercatore Alfio Bonanno dell’Istituto nazionale di astrofisica (Inaf) a Catania e associato Infn insieme a Emiliano M. Glaviano, dottorando Inaf presso l’Università di Catania e anch’egli associato Infn, indica però che non tutte queste possibilità sono compatibili con una teoria della gravità quantistica matematicamente coerente.

Illustrazione artistica del collegamento tra gravità quantistica e possibili deviazioni dalla legge di Newton. Crediti: Inaf / realizzata con AI Gemini

Il lavoro si inserisce nel quadro della cosiddetta “sicurezza asintotica”, un nuovo programma teorico iniziato alla fine degli anni ’70 dal premio Nobel Steven Weinberg. Secondo questo concetto, la gravità può rimanere consistente fino a energie arbitrariamente elevate grazie all’esistenza di un particolare regime quantistico nel quale l’attrazione gravitazionale smette di aumentare, raggiungendo un comportamento controllato ad altissime energie. In questo ambito, richiedendo che la teoria resti valida e predittiva fino a quelle scale – una proprietà detta “completezza ultravioletta” – i ricercatori hanno trovato che solo una combinazione limitata dei possibili parametri osservabili delle quinte forze può essere realizzata. Il resto viene escluso su basi teoriche, indipendentemente dagli esperimenti. I risultati sono pubblicati su Physical Review Letters.

«L’aspetto più interessante è che parte della regione esclusa teoricamente non è ancora stata esplorata sperimentalmente», spiega Bonanno. «Questo significa che future misure di alta precisione della gravitazione potrebbero testare direttamente – e potenzialmente falsificare – questa classe di modelli ispirati alla gravità quantistica. La novità del nostro lavoro è mostrare quantitativamente come un requisito di coerenza alle altissime energie possa tradursi in vincoli osservabili a basse energie e a distanze macroscopiche, anche planetarie».

Di solito, in fisica, prima si ipotizzano nuove forze e poi si cerca di capire se gli esperimenti riescono a vederle oppure no. In questo caso, il ragionamento è stato diverso: la teoria stessa “scarta” automaticamente alcune possibilità. Una parte di queste “regioni” escluse non è ancora stata raggiunta dagli esperimenti attuali: si apre quindi la possibilità di futuri test della gravità quantistica attraverso misure di precisione della gravitazione.

«Il nostro studio mostra che la gravità quantistica potrebbe non essere soltanto una teoria valida a energie estreme e irraggiungibili, ma avere conseguenze concrete e testabili anche a scale molto più grandi», aggiunge Glaviano. «La fisica delle distanze infinitamente piccole potrebbe lasciare tracce osservabili nel mondo macroscopico: alcune possibili nuove forze della natura sarebbero escluse non dagli esperimenti, ma direttamente dalle leggi fondamentali della teoria».

Tra i possibili test futuri rientrano principalmente misure di precisione della gravitazione: esperimenti di laboratorio a corta distanza, come bilance di torsione e dispositivi analoghi per cercare deviazioni dalla legge di Newton; tecniche emergenti come l’interferometria atomica o i sensori quantistici; misure su scale astronomiche o del Sistema solare, come il lunar laser ranging e i vincoli dalla dinamica planetaria.

Il nuovo lavoro mette in relazione fenomeni che avvengono su scale estremamente diverse: dalla fisica delle distanze infinitamente piccole, dove dovrebbe emergere la gravità quantistica, fino a effetti potenzialmente osservabili su scale macroscopiche e astronomiche. In prospettiva, risultati di questo tipo potrebbero contribuire a orientare la progettazione di nuovi esperimenti e strategie osservative per la ricerca di possibili quinte forze.

«Una delle difficoltà principali è stata superare un blocco soprattutto concettuale: la gravità quantistica viene spesso vista come un argomento estremamente astratto, quasi impossibile da collegare a fenomeni osservabili», conclude Bonanno. «Per certi versi è come trovarsi davanti a una parete in montagna che tutti considerano non scalabile. Il primo passo non è tecnico, ma mentale: convincersi che una via possibile esista davvero. Il lavoro nasce proprio da questa idea: cercare un collegamento concreto tra la fisica delle scale infinitamente piccole e fenomeni potenzialmente osservabili nel mondo reale».

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L’ombra del vento del buco nero centrale

I buchi neri supermassicci al centro delle galassie sono noti per la loro capacità di attrarre e inglobare quello che si trova nelle loro vicinanze. Non tutta la materia che vi cade dentro viene tuttavia divorata. Una parte viene infatti espulsa nell’ambiente circostante: mentre il gas spiraleggia verso il buco nero, esso accelera progressivamente fino a raggiungere velocità prossime a quella della luce; questo processo produce energia e pressione sufficienti a scagliare una parte del materiale verso l’esterno, sotto forma di potenti venti.

Sebbene si ritenga che questi deflussi di materia siano prodotti da tutti i buchi neri supermassicci, finora nessuno è riuscito a osservare venti attivi provenienti dal buco nero di circa quattro milioni di masse solari residente al centro della nostra galassia, la Via Lattea – quello “fotografato” per la prima volta nel 2022: Sagittarius A*.

Immagine ottenuta con i dati del radiotelescopio Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (Alma), in Cile, che mappa la posizione del gas freddo, composto principalmente da monossido di carbonio, nei pressi di Sagittarius A*. In basso nell’immagine è visibile la cavità a forma di cono che punta direttamente verso il buco nero. Crediti: Eso/Naoj/Nrao/Alma; Image processing: Nasa/Cxc/Sao/K. Arcand and P. Edmonds

Finora, appunto. Dopo oltre mezzo secolo dalla scoperta di Sgr A*, avvenuta nei primi anni del 1970, due astrofisici della Northwestern University sono finalmente riusciti nell’impresa. Utilizzando l’array di radiotelescopi Alma, i ricercatori hanno trovato la prova dell’esistenza di un vento attivo generato dal buco nero, risolvendo uno dei misteri più longevi dell’astrofisica moderna e aprendo al tempo stesso una nuova finestra sui processi fisici che avvengono nel cuore della nostra galassia. Lo studio è stato pubblicato la settimana scorsa su The Astrophysical Journal Letters.

Per ottenere questo risultato, Mark Gorski e Lena Murchikova, del Center for Interdisciplinary Exploration and Research in Astrophysics della Northwestern University, hanno utilizzato i dati raccolti con Alma in cinque anni di osservazioni. La loro analisi ha fornito la mappa più dettagliata mai prodotta del gas molecolare freddo che circonda il buco nero.

L’immagine mostra il gas situato vicino a Sgr A*, a una distanza di appena un parsec – circa tre anni luce – dal buco nero. Applicando una sofisticata tecnica di calibrazione per eliminare i segnali radio provenienti dal buco nero, i ricercatori sono riusciti a ottenere un’immagine cento volte più profonda e ottanta volte più nitida rispetto alle precedenti mappe della stessa regione.

Proprio questa elevata qualità ha permesso di rivelare una struttura mai osservata prima: un’enorme cavità a forma di cono, estesa per quasi un parsec e ampia circa 45 gradi, completamente svuotata del gas molecolare freddo che circonda l’area: l’impronta del vento caldo ricercato da oltre cinquant’anni dai ricercatori.

«A meno che non si trovi in un vuoto perfetto – e  nell’universo il vuoto perfetto non esiste –  un buco nero deve produrre in qualche modo un vento», sottolinea Gorski. «Grazie a queste nuove osservazioni, abbiamo finalmente ottenuto una visione abbastanza nitida da individuarne l’impronta. Guardando i dati abbiamo pensato: eccolo, è proprio ciò che tutti stavano cercando da cinquant’anni».

Secondo i ricercatori, solo un vento proveniente da Sgr A* avrebbe potuto infatti creare questa regione cava: un vento talmente energetico da spazzare via il materiale circostante o da riscaldarlo a tal punto da renderlo invisibile alle osservazioni.

«Se del materiale caldo viene espulso dal buco nero, non può coesistere con il gas freddo», dice a questo proposito Gorski. «O lo spinge via oppure lo riscalda. E quando il gas diventa troppo caldo, semplicemente non lo vediamo più».

Rispetto a quanto ipotizzato dai modelli e confermato dalle osservazioni di altri Agn, questo risultato conferma dunque che il buco nero al centro della nostra galassia non è un’eccezione alla regola. «Siamo stati i primi a mostrare che il gas molecolare molto vicino al buco nero lo sta alimentando», spiega Murchikova. «Il vento che Sagittarius A* produce non è particolarmente potente e probabilmente la sua direzione cambia nel tempo. Questo dimostra che il nostro buco nero non è un caso unico e che il nostro posto nell’universo non ha nulla di speciale».

Nello studio, i ricercatori hanno preso in considerazione anche altri possibili scenari per spiegare l’origine della cavità, tra cui l’azione dei venti prodotti dalle stelle vicine. I loro calcoli mostrano però che l’energia necessaria per scavare una struttura di quelle dimensioni è molto superiore a quella che l’intera popolazione stellare presente nella regione sarebbe in grado di fornire. Di conseguenza, l’ipotesi più plausibile resta quella del vento proveniente da Sagittarius A*.

«Si tratta di una quantità enorme di materiale mancante», osserva Gorski. «Abbiamo calcolato quanta energia sarebbe necessaria per scavare questa cavità e il valore ottenuto supera di gran lunga quella che potrebbe essere fornita dalle stelle presenti nella regione. Deve quindi esserci un contributo del buco nero supermassiccio. Inoltre, se si osserva la forma del cono, si nota che punta direttamente verso il buco nero».

Immagine composita che mostra le evidenze di un vento in uscita da Sagittarius A*, il buco nero supermassiccio al centro della Via Lattea. Il punto bianco al centro dell’immagine ne indica la posizione. In arancione sono mostrati i dati dell’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (Alma), in Cile, che tracciano la distribuzione del gas molecolare freddo composto da monossido di carbonio; in blu i dati nei raggi X del Chandra X-ray Observatory. La struttura conica visibile nell’immagine sarebbe stata scavata da un vento caldo ed energetico proveniente da Sgr A*, che avrebbe disperso o riscaldato il gas freddo presente nella regione. Crediti: Nasa/Cxc/Northwestern University/Mark Gorski

Per rafforzare ulteriormente questa interpretazione, i ricercatori hanno confrontato i propri dati con quelli ottenuti da precedenti osservazioni con il telescopio spaziale a raggi X Chandra della Nasa.

«Affermazioni straordinarie richiedono prove straordinarie», sottolinea Gorski. «Volevamo essere certi di non trovarci di fronte a un artefatto delle immagini. Poi l’immagine ai raggi X di Chandra si è inserita perfettamente. Le caratteristiche  molecolari coincidevano». Le immagini di Chandra mostrano infatti intense emissioni X esattamente nella stessa regione in cui manca il gas freddo.

In base all’estensione degli effetti osservati su un vicino flusso di gas ionizzato, gli autori stimano che questo vento sia attivo da almeno 20mila anni. Lo studio suggerisce inoltre che Sgr A* sia relativamente tranquillo rispetto ai buchi neri supermassicci al centro di altre galassie, offrendoci un’importante lezione sull’evoluzione dei buchi neri supermassicci: sebbene siamo abituati a osservare nuclei galattici estremamente attivi e luminosi, ciò è vero soltanto per brevi fasi della loro esistenza.

«La maggior parte delle galassie trascorre gran parte della propria vita in uno stato relativamente tranquillo», conclude Murchikova. «Noi però tendiamo a notarle quando attraversano fasi spettacolari, simili a fuochi d’artificio cosmici. Sagittarius A* ci offre finalmente l’opportunità di studiare un buco nero nella sua condizione più comune: quella di apparente quiete».

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Vst fotografa le nebulose Gum

A chi non è mai capitato di perdersi a osservare le nuvole e riconoscere, tra cirri e cumuli, la forma di un animale, di un volto umano o di una creatura fantastica? Si chiama pareidolia ed è il meccanismo per cui il cervello umano tende a riconoscere forme familiari – un volto, un animale, una figura qualsiasi – in profili casuali. Ecco, la stessa cosa può accadere anche osservando immagini astronomiche, come quella che vedete qui – Immagine della Settimana dell’Eso – ottenuta con il Vlt Survey Telescope (Vst), che oggi celebra il 15esimo anniversario della sua prima luce

Le nebulose Gum 10 e Gum 11. Crediti: Eso/Vphas+ team

Queste nebulose – aggregati di polvere e gas nello spazio interstellare – si chiamano Gum 10 e Gum 11. Visibili principalmente dall’emisfero australe, fanno parte di un complesso più ampio in cui nascono le stelle. Gum 10 è la nebulosa più brillante e occupa la maggior parte dell’immagine, mentre Gum 11 è la nube più tenue e isolata in basso a sinistra. Il loro bagliore intenso deriva da una particolare interazione tra l’idrogeno e le stelle massicce e calde presenti in ciascuna nebulosa. Queste stelle emettono luce ultravioletta, con energia sufficiente a strappare gli elettroni dagli atomi, formando ioni. Gli elettroni si ricombinano con gli ioni di idrogeno, provocando l’emissione della caratteristica tonalità di luce rossa visibile nell’immagine. Le linee scure nella nebulosa sono dovute alla polvere, che blocca la luce proveniente dal fondo.

Il progetto Vst è nato da una collaborazione tra Eso e l’Osservatorio astronomico di Capodimonte (Oac) dell’Istituto nazionale di astrofisica (Inaf). Oggi il Vst è gestito interamente dall’Inaf ed è ospitato presso l’Eso, all’Osservatorio di Paranal, in Cile. I dati alla base di questa immagine provengono da un progetto chiamato Vphas+, che utilizza il Vst per mappare il piano della nostra galassia, la Via Lattea, con l’obiettivo di comprendere meglio il ciclo di vita delle stelle.

Ma tornando all’immagine, voi che forme vedete? Un pollo che becca semi sul terreno, la testa di un drago o qualcos’altro del tutto diverso?

 

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Il Seti esclude tecnofirme radio da 3I/Atlas

Nessuna tecnologia extraterrestre rilevata su 3I/Atlas: questo il risultato pubblicato sulla rivista The Astronomical Journal da un gruppo di ricerca del Seti Institute. L’analisi delle osservazioni radio condotte con l’Allen Telescope Array presso lo Hat Creek Radio Observatory, nella California settentrionale, ha mostrato la totale assenza di segnali riconducibili a trasmettitori extraterrestri, confermando che l’oggetto esibisce una composizione e un comportamento naturali simili a quelli di una cometa.

Scoperto a luglio 2025, 3I/Atlas è il terzo oggetto confermato proveniente da un altro sistema stellare a entrare nel Sistema solare, dopo 1I/’Oumuamua e 2I/Borisov. La sua origine interstellare rende 3I/Atlas una rara opportunità per studiare materiale esterno al Sistema solare e comprendere meglio come i sistemi planetari si formano ed evolvono. Sebbene le osservazioni indichino fortemente che 3I/Atlas sia un oggetto naturale, i visitatori interstellari sono interessanti per la ricerca di tecnofirme: un oggetto artificiale – per quanto improbabile – potrebbe rappresentare una tecnologia extraterrestre rilevabile e potenzialmente fornire la prima prova di vita oltre la Terra.

«Un giorno, le nostre navicelle Voyager diventeranno artefatti extraterrestri in altri sistemi stellari», osserva a questo proposito Sofia Sheikh, prima autrice dell’articolo. «Alla luce di ciò, è importante comprendere la distribuzione naturale degli oggetti interstellari, in modo da poter individuare eventuali anomalie che un giorno potrebbero rivelarsi segni della presenza di un oggetto interstellare artificiale».

L’Allen Telescope Array presso l’Osservatorio Radio di Hat Creek. Crediti: Seth Shostak/Seti Institute

Il team di ricerca ha osservato 3I/Atlas per più di sette ore con l’Allen Telescope Array, coprendo le bande radio da 1 a 9 gigahertz. Questa ampia gamma consente di cercare segnali radio a banda stretta, che non essendo prodotti in natura sarebbero la prova di una tecnologia. Sono stati identificati in totale quasi 74 milioni di segnali in questa banda e, dopo aver rimosso le interferenze umane e ristretto i segnali a quelli corrispondenti al movimento di 3I/Atlas, ne sono rimasti da analizzare circa duecento: tutti sono stati ricondotti a tecnologie sulla superficie terrestre o a satelliti in orbita attorno alla Terra.

Sebbene non siano stati trovati segnali riconducibili a tecnofirme, i risultati mostrano quanto sia realistico rilevare un segnale con la tecnologia che abbiamo oggi. Lo studio, inoltre, dimostra anche la rapidità di risposta dell’Allen Telescope Array nei confronti dei nuovi oggetti interstellari: le osservazioni sono iniziate, infatti, meno di un giorno dopo l’annuncio della scoperta di 3I/Atlas.

L’osservazione di questi corpi celesti aiuta gli scienziati a conoscere le proprietà naturali degli oggetti interstellari mentre viaggiano attraverso il Sistema solare. Man mano che vengono scoperti altri oggetti, ognuno di essi offre una nuova opportunità per sondare il cosmo alla ricerca di tecnofirme, facendo progredire la nostra comprensione dei fenomeni sia naturali sia potenzialmente tecnologici oltre il Sistema solare.

Per saperne di più:

 

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