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Una palla da rugby di materia oscura

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Ha una forma ovale, la dark matter dell’ammasso di galassie Abell 383. A scoprirlo, usando i dati X di Chandra e quelli in ottico di HST e altri telescopi, due italiani. Entrambi all’estero: in California Tommaso Treu e a Tel Aviv Andrea Morandi, che abbiamo intervistato.

 

L’ammasso di galassie Abell 383 in multifrequenza. Crediti: X-ray: NASA/CXC/Caltech/A.Newman et al/Tel Aviv/A.Morandi & M.Limousin; Optical: NASA/STScI, ESO/VLT, SDSS

Non abbiamo la benché minima idea di che cosa sia. Però sappiamo quanta ce n’è: tantissima, sei volte la materia normale. E stiamo imparando sempre meglio a capire dove si trova, al punto da poterla rappresentare su una carta geografica. Ora persino in 3D. La sfuggente entità di cui parliamo è la materia oscura. La nuova mappa a tre dimensioni, una fra le più dettagliate mai prodotte, ne traccia la distribuzione in Abell 383, un ammasso di galassie a 2.3 miliardi di anni luce da noi. E, contrariamente a quanto suggerirebbe l’intuito, non segue una forma sferoidale: la materia oscura di Abell 383, stando a quanto emerge dai dati, sembra piuttosto preferire la caratteristica sagoma ovale d’un pallone da rugby.

Questo il risultato di due ricerche, la prima appena pubblicata su ApJ e la seconda in uscita su Monthly Notices, realizzate studiando l’effetto di lente gravitazionale sull’emissione in raggi X, rilevata dal telescopio spaziale Chandra della NASA, e sulle immagini ottiche riprese dallo Hubble Space Telescope e da tre telescopi terrestri: il Very Large Telescope dell’ESO, quello della Sloan Digital Sky Survey e Subaru, l’8.2 metri giapponese che si erge sulla cima del Mauna Kea, alle Hawaii. Analizzando la distorsione indotta dall’attrazione gravitazione della materia – oscura e non – di Abell 383 sulla luce delle galassie che si trovano alle spalle dell’ammasso, gli astronomi sono riusciti a ricostruire non solo la proiezione bidimensionale della dark matter, ma anche come essa è distribuita in profondità, lungo la linea di vista: dunque, in 3D.

La ricerca pubblicata su ApJ è stata coordinata da Andrew Newman e da Tommaso Treu, astrofisico laureato a Pisa che, dopo un PhD alla Scuola Normale Superiore, si è trasferito negli Stati Uniti, dove è professore di fisica all’Università di California a Santa Barbara. Integrando le osservazioni dell’effetto di lente gravitazionale con la misurazione della velocità delle stelle presenti nella galassia al centro dell’ammasso, effettuata grazie a osservazioni con il 10 metri del Keck, Treu e colleghi sono anche riusciti a evidenziare un’anomalia rispetto ai modelli correnti: mano a mano che ci si sposta verso il centro dell’ammasso, non si registra un aumento della densità di materia oscura, non almeno con l’intensità attesa.

Qui lo studio pubblicato su ApJ: http://arxiv.org/pdf/1101.3553v1.pdf

Anche lo studio in uscita su Monthly Notices è guidato da un astrofisico italiano: Andrea Morandi, laureato e dottorato a Bologna, e ora ricercatore al Wise Observatory di Tel Aviv, in Israele.

http://arxiv.org/pdf/1108.0769v2.pdf

Ed è stato proprio Morandi, insieme al collega Marceau Limousin, a determinare l’orientamento della palla da rugby di materia oscura in Abell 383. Media INAF lo ha intervistato:

Andrea Morandi, come siete riusciti a ricostruire la distribuzione in 3D della materia oscura di Abell 383?

L’astrofisico Andrea Morandi

 

La premessa è che in Astronomia noi vediamo immagini 2D di sorgenti nel cielo, un po’ come nelle immagini che scattiamo con la nostra macchina fotografica. Il mio lavoro propone una nuova tecnica per ricostruire l’immagine 3D di un ammasso combinando dati in diverse lunghezze d’onda, come in un visione cinematografica 3D atta a trasmettere la sensazione di tridimensionalità degli oggetti. L’idea generale è la seguente: supponiamo di partire da un ammasso ideale sferico, a cui corrisponde una certa temperatura, misurata tramite emissione di raggi X, e una massa, misurata tramite il cosiddetto fenomeno di lensing gravitazionale visibile in ottico. Se aggiungiamo massa lungo la linea di vista, in modo da avere un ammasso allungato nella direzione della profondità (una sorta di pallone da rugby), questo aumenterà sia la temperatura che la massa dell’ammasso, calcolabili teoricamente. Quindi, combinando dati di raggi X e ottici, è possibile ricostruire la profondità, e più in generale la struttura 3D degli ammassi.

La dark matter sembra non interagire con nulla. Nemmeno con se stessa?

Alcuni ricercatori hanno postulato il concetto di materia oscura self-interacting, cioè che interagisce con se stessa oltre che con la materia barionica (la materia ordinaria che ci circonda), come mezzo per affrontare numerose discrepanze tra osservazioni di aloni di materia oscura e le previsioni dei modelli. Tuttavia, allo stato attuale della ricerca, non esistono forti evidenze che la materia oscura sia self-interacting piuttosto che non-interacting, come comunemente assunto.

Per vedere la materia invisibile,  quanto contano gli strumenti d’osservazione, quanto la teoria o i modelli, e quanto l’intuito di voi ricercatori?

Tutti questi elementi sono chiaramente importanti. Tuttavia credo che soprattutto l’intuizione mi abbia guidato a questa scoperta. Mi piace pensare che nonostante la tecnologia e i modelli fisici avanzati usati per questo studio, qualcosa di irrazionale nella mente umana come l’intuito abbia fatto scaturire questa scoperta, portandomi ad una visione di insieme del problema.

Un astronomo bolognese a Tel Aviv: come ci è arrivato?

Come capita spesso ai ricercatori italiani, sono dovuto “emigrare” dopo il dottorato a Bologna. Ho avuto un postdottorato prima a Copenaghen, poi a Tel Aviv. Israele è un paese molto bello e multiculturale, che consiglio vivamente di visitare. Mi sono trovato bene anche in termini di lavoro… l’unica nota negativa è che fa un gran caldo!

Fonte: http://www.media.inaf.it

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Astronomia, Materia ed Energia Oscura – Eclisseforum incontra Margherita Hack

Eclisseforum.it  ha intervistato il Prof. Emerito Margherita Hack, astrofisica e divulgatrice scientifica italiana, ponendo domande relative a spazio, fisica, materia e antimateria e sull’esistenza di relazioni tra attività solare e ambiente terrestre. Ringraziamo pertanto il Prof. Emerito Margherita Hack per aver considerato  e avvalorato il serio presupposto divulgativo di EclisseForum.it, rispondendo con la professionalità che la contraddistingue a domande poste dal nostro staff e regalandoci in questo modo un eccellente momento di ConoScienza Condivisa.

Fabio Mortari

 L’astronomia e il Viaggio intestellare, La materia e l’antimateria, l’energia oscura e la materia oscura.Margherita Hack risponde a EclisseForum.it

LA MECCANICA QUANTISTICA E IL VIAGGIO INTERSTELLARE 

_Visto le distanze enormi che ci sono nello spazio, è impossibile pensare di fare viaggi fuori dalla nostra stella utilizzando i metodi che si basino sulle regole della fisica classica. Lei crede che in un futuro la meccanica quantistica e la relatività permetteranno di superare tale limite permettendo quindi viaggi su lunghe distanze in tempi brevi?

M.H.:  No penso proprio di no perchè le regole della meccanica quantistica si applicano alle singole particelle ma non ai sistemi complessi.

_Quindi secondo lei non è possibile avvalersi di queste regole per superare i limiti.

M.H.: Secondo me, no.

I BUCHI NERI E I BUCHI BIANCHI 

_Per quale motivo i buchi neri sono situati al centro delle galassie?

M.H.  I buchi neri sono situati al centro delle galassie perchè quando si forma una galassia, cosi come quando si forma una stella, c’è un ammasso di materia che viene attratta gravitazionalmente e via via  si attrae altra materia e altra ancora se ne aggiunge e così questa massa  collassa verso il centro,  viene compressa a densità enormi e si forma cosi un buco nero. C’è una regione che ha una velocità di fuga superiore anche alla velocità della luce, motivo per  cui si chiama buco nero:  perchè nemmeno la luce può uscire. Quindi, per lo stesso fenomeno, il buco si forma probabilmente anche al centro di una stella che collassa, una supernova.

_Cosa sono i Buchi Bianchi? E ci sono progetti per verificarne l’estistenza?

M.H. I buchi bianchi sono ipotesi. Ci si domanda “dove va la materia che entra dentro il buco nero?”…Qualcuno ha suggerito che questa potrebbe uscire in un altro universo, un buco bianco da cui uscirebbe energia, ma sono ipotesi piuttosto fantascientifiche. Altre risposte vengono però suggerite anche dal presupposto che il buco nero non è eterno. Hawking ha dimostrato che è molto probabile che anche i buchi neri in tempi estremamente lunghi potrebbero evaporare e la materia in esso contenuta, quindi, potrebbe sfuggire.

_Ci sono dei possibili Buchi Bianchi in fase d’osservazione?

M.H.: No, si è cercato di vedere se c’erano delle sorgenti d’energia a cui non corrispondeva nessun oggetto materiale, ma non è stato trovato nulla.

TEORIA DELLE STRINGHE 

_Cosa pensa della teoria delle stringhe?La ritiene una teoria che permetterà di conciliare la meccanica quantistica con la relatività generale?

M.H. Per ora sembra di no, io non sono un teorico, ma c’è molta sfiducia anche da parte dei teorici che questa strada porti da qualche parte.

MATERIA E ANTIMATERIA 

_Da cosa deriva l’asimmetria fra materia e antimateria? E per quale motivo alla fine è la materia ad avere preso
il sopravvento sull’antimateria?

M.H. Si presuppone che questo sia dovuto al fatto che al momento del big bang c’era una grande quantità di particelle elementari e antiparticelle e che contestualmente, in maniera del tutto casuale, ci fosse un miliardo di particelle e “un miliardo meno 1” di antiparticelle per cui tutte le particelle sarebbero annichilite con l’antiparticella, facendo prevalere quel minimo eccelso di materia sull’antimateria. Abbiamo un indizio, anzi due indizi a favore di questa ipotesi e sono:
1) si conosce una particella instabile che si chiama Kaone che ha una vita media di un centomilionesimo di secondo e la cui antiparticella ha una vita media un pò piu breve e quindi sarebbe sopravvissuta alla sua antiparticella
2) L’altro indizio è che nell’universo la densità d’energia è un miliardo di volte superiore alla densità di materia, cioè c’è molta piu energia che materia appunto perchè gran parte della materia sarebbe annichilita con l’antimateria generando energia e sarebbe comunque rimasta un minimo di materia sull’antimateria.

_È possibile che da qualche parte nell’universo vi siano pianeti, stelle o intere galassie composte da antimateria? Nel caso, riusciremmo a distinguerle dalle stelle normali?

M.H. Dunque, osservarle direttamente sarebbe difficile perchè noi osserviamo tramite lo spettro che non rileva antiatomi. Però si può considerare questo: che, se ci fosse antimateria nell’universo per esempio negli ammassi di galassie ci fossero delle antigalassie…beh,  si scontrerebbero facilmente le galassie perchè ci sarebbe molta densità… poi lo stesso accadrebbe negli ammmassi di stelle e non solo, se ci fosse un’antimateria ci potrebbero essere delle antimeteoriti cioè meteoriti fatte di antimateria, che penetrando nella nostra atmosfera darebbero luogo a fuochi d’artificio che non saremmo in grado di osservare

MATERIA OSCURA ED ENERGIA OSCURA 

_Che cosa è la materia oscura?

M.H. La materia oscura è materia che non emette onde elettromagnetiche e questo dimostra che nelle galassie c’è molta piu materia di quella che si vede.

_L’energia oscura è attualmente il metodo più diffuso per spiegare l’accelerazione dell’universo, e per colmare una significativa porzione della massa mancante dell’universo; effettivamente, è l’unica soluzione plausibile x spiegare queste anomalie dell’universo oppure ci sono studi che propongono soluzioni alternative?

M.H. L’energia oscura, appunto,  spiegherebbe l’accelerazione dell’espansione dell’universo.L’energia oscura sarebbe una forma d’energia che s’oppone alla forza di gravità, ma questa teoria ha lasciato dei dubbi perchè si basa sulla misura della distanza tra le galassie;questa misura la si effettua ammettendo che le supernova abbiano tutte lo stesso splendore assoluto.Potrebbe darsi che siccome le supernove piu lontane sono anche quelle che sono osservate piu indietro  nel tempo ( quando anche l’universo era piu giovane) e siccome l’universo è soggetto a evoluzione chimica, noi sappiamo che l’evoluzione chimica dell’universo indica un aumento di elementi pesanti, piu pesanti di idrogeno ed elio. Ora, è plausibile che siccome la composizione chimica influisce sullo splendore intrinseco, potrebbe darsi che la nostra ipotesi in cui si ammette che le lontane supernovae e quelle piu vicine abbiano tutte lo stesso splendore intrinseco sia sbagliata…
Quindi non è sicuro al 100% che esista questa energia oscura.

_Quindi non vi sarebbero studi che propongono soluzioni alternative all’espansione dell’universo?

M.H. No perchè se questa teoria è sbagliata anche l’espansione accelerata non ci sarebbe…sarebbe il risultato delle misure sbagliate. La teoria dell’espansione dell’universo la si basa dalle misure di distanza e di velocità d’allontamento tra le galassie. Se si sbaglia la stima delle distanze tra le galassie, si ottiene un falso dato e potrebbe darsi che l’accelerazione non ci sia.

ATTIVITA' SOLARE E RELAZIONI CON L'AMBIENTE TERRESTRE 

_ Cosa ne pensa dell’attuale situazione solare? ora i maggiori centri di ricerca, hanno ribaltato le loro precedenti osservazioni, decretando l’inizio verso un nuovo minimo..

M.H. Per quanto riguarda l’attività solare c’è il solito minimun decennale e poi non tutti i minimum sono uguali; s’è già visto in passato che c’è stato un periodo in cui praticamente non c’è stata attività, ad esempio nel 1600… questi sono fenomeni di variabilità e non sono una rarità…

_Ci sono secondo Lei correlazioni che legano minimo solare ed attività vulcanica?

No direi proprio di no, l’attività vulcanica no..casomai ci son dei dubbi che il minimo solare possa influire sul clima, però deve essere tutt’ora accertato.

La professoressa Margherita Hack è stata professoressa ordinaria all’Università di Trieste di astronomia, diventando professore emerito dal 1998. Ha diretto l’Osservatorio Astronomico di Trieste dal 1964 al 1987, portandolo a rinomanza internazionale.Membro delle più prestigiose società fisiche e astronomiche, Margherita Hack è stata anche direttore del Dipartimento di Astronomia dell’Università di Trieste, è un membro dell’Accademia Nazionale dei Lincei (socio nazionale nella classe di scienze fisiche matematiche e naturali; categoria seconda: astronomia, geodesia, geofisica e applicazioni; sezione A: Astronomia e applicazioni).Ha lavorato presso numerosi osservatori americani ed europei ed è stata per lungo tempo membro dei gruppi di lavoro dell’ESA e della NASA. In Italia, con un’intensa opera di promozione ha ottenuto che la comunità astronomica italiana espandesse la sua attività nell’utilizzo di vari satelliti giungendo ad un livello di rinomanza internazionale.Ha pubblicato numerosi lavori originali su riviste internazionali e numerosi libri sia divulgativi sia a livello universitario. Nel 1994 ha ricevuto la Targa Giuseppe Piazzi per la ricerca scientifica. Nel 1995 ha ricevuto il Premio Internazionale Cortina Ulisse per la divulgazione scientifica.In segno di apprezzamento per il suo importante contributo, le è stato anche intitolato l’asteroide 8558 Hack. Ha ottenuto la Cittadinanza onoraria dei comuni di Castelbellino[16] di Medicina[17] e di San Casciano in val di Pesa, oltre ad aver ottenuto nel 1998 la Medaglia d’oro ai Benemeriti della Scienza e della Cultura.

Ringraziamenti:

 EclisseForum.it

Ringrazia pubblicamente il Prof.Emerito Margherita Hack

per questo bellissimo pezzo di ConoScienza Condivisa

 

Fabio Mortari