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10 Ways One Project sta rivelando l'anima dell'universo
L'Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA), la più potente collezione di radiotelescopi del mondo, è costruita sull'altopiano Chajnantor nel nord del Cile. Ad un'altitudine di 5.000 metri (16.500 piedi), è più alto degli strati più spessi dell'atmosfera terrestre.
Questi telescopi ci permettono di decifrare le lunghezze d'onda più lunghe della luce ottica, rivelando luce (o colori) che non possiamo vedere con i nostri occhi. Ma ALMA, che significa "anima", è anche una macchina del tempo. Analizza il passato per verificare le teorie scientifiche su come si è formato l'universo oltre 13 miliardi di anni fa. Ci spinge anche nel futuro mentre cerchiamo nuovi mondi e la vita aliena che li abita.
Credito fotografico in vetrina: C. Ponton / ESO10 La molecola della vita
Nella gigantesca nube di gas Sagittario B2, vicino al centro della nostra galassia, ALMA ha rilevato per la prima volta nello spazio interstellare una molecola ricca di idrogeno, contenente carbonio, correlata a quelle di cui abbiamo bisogno per la vita sulla Terra. Questa scoperta significa che molecole interstellari come queste potrebbero essere venute sulla Terra nel lontano passato per far ripartire la vita qui. Suggerisce anche che la vita aliena basata sul carbonio possa esistere altrove nell'universo.
Le nubi molecolari come il Sagittario B2 sono conosciute come "vivai stellari" perché le loro aree compatte di gas e polvere sono adatte alla creazione di stelle. Fino ad ora, tutte le molecole organiche scoperte nello spazio interstellare erano costituite da una catena lineare di atomi di carbonio. Ma in Sagittario B2, ALMA ha trovato una nuova molecola, iso-propil cianuro, con una struttura ramificata di carbonio simile a quella degli aminoacidi. Gli aminoacidi sono gli elementi costitutivi delle proteine, che sono componenti chiave della vita sulla Terra.
Questa scoperta suggerisce che le molecole necessarie per la vita così come la conosciamo sono create quando le stelle si formano, ben prima che esistano pianeti come la Terra. Iso-propil cianuro era abbondante in Sagittario B2, quindi le molecole ramificate possono essere comuni nello spazio interstellare. Anche gli astronomi sperano di trovare amminoacidi.
9 Le galassie che si fondono
Le violente fusioni tra le galassie sono abbastanza comuni. Ma le loro stelle e sistemi solari non si scontrano. Invece, queste galassie passano l'una attraverso l'altra come fantasmi perché le loro stelle sono troppo distanti per poterle toccare.
Una fusione scatena una frenetica formazione di nuove stelle, insieme al caos gravitazionale. Per lungo tempo si è creduto di distruggere le strutture galattiche originali, sostituendole con una gigantesca galassia ellittica a forma di un football americano. Ciò avrebbe dovuto accadere anche se entrambe le galassie originarie fossero galassie a disco, come la nostra Via Lattea, con aree circolari di gas e polvere appiattite.
Questa è stata la saggezza prevalente dal momento che le simulazioni al computer sono state fatte negli anni '70. Nuove simulazioni hanno contraddetto questi risultati, suggerendo che alcune fusioni di galassie possono formare galassie disco. Ma gli scienziati non hanno avuto prove in entrambi i casi.
Ora, tuttavia, ALMA e altri radiotelescopi hanno fornito alla pistola fumante 24 galassie osservate che sono state sottoposte a fusioni per formare galassie disco. Questo è il 65% delle 37 galassie intervistate da un gruppo di ricerca internazionale guidato da Junko Ueda della Japan Society for the Promotion of Science.
Come disse Ueda, "Sappiamo che la maggior parte delle galassie nell'universo più lontano ha anche dischi. Tuttavia, non sappiamo ancora se le fusioni di galassie sono anche responsabili di quelle o se sono formate dal gas freddo che cade gradualmente nella galassia. Forse abbiamo trovato un meccanismo generale che si applica a tutta la storia dell'universo. "
8 Le orbite eccentriche e inclinate degli esopianeti
Alcuni pianeti extrasolari, che sono pianeti al di fuori del nostro sistema solare, orbitano attorno alle loro stelle in una forma molto allungata o ovale (un'orbita "eccentrica") o con un'angolatura molto inclinata rispetto all'equatore della loro stella (un'orbita "inclinata"). Per scoprire perché questo accade nei sistemi binari, in cui due stelle orbitano a vicenda, gli scienziati hanno usato ALMA per guardare HK Tauri, un giovane sistema binario nella costellazione del Toro.
Per capire cosa fa ALMA, aiuta a sapere come sono fatte le stelle e i pianeti. Quando una nube di gas interstellare collassa in se stessa a causa dell'attrazione della propria gravità, si muove sempre più velocemente finché non si appiattisce su un disco. Al centro di quel disco, una protostella si forma come un embrione in un utero. Quando la temperatura interna della protostella diventa abbastanza alta da innescare reazioni nucleari, nasce una nuova stella. Circa il 90% delle volte, il gas e la polvere rimasti dalla nascita della stella ruotano intorno alla nuova stella in un disco protoplanetario. Il materiale in questo disco può eventualmente formarsi in pianeti, lune e altri oggetti.
In un sistema binario, se le due stelle ei loro dischi protoplanetari non orbitano sullo stesso piano (il che significa che sono "disallineati"), i nuovi pianeti possono formarsi con orbite molto eccentriche o inclinate. Una teoria, il meccanismo di Kozai, dice che la forza di gravità di una seconda stella dà ai pianeti della prima stella queste strane orbite.
ALMA ha confermato questa teoria con HK Tauri. La stella dimmer, HK Tauri B, ha un disco protoplanetario che blocca il bagliore della luce della stella, rendendo il disco facilmente visibile alla luce visibile. Ma il disco protoplanetario di HK Tauri A è inclinato in modo che la luce accecante proveniente dalla sua stella renda questo disco impossibile da vedere alla luce visibile. ALMA ha rilevato entrambi i dischi facilmente in una luce di lunghezza d'onda millimetrica, rivelando che sono disallineati l'uno con l'altro di almeno 60 gradi. Almeno un disco non si trova sullo stesso piano delle orbite delle due stelle.
Sebbene ciò non spieghi ogni strana orbita di pianeta extrasolare nell'universo, esso mostra che le condizioni per inclinare l'orbita di un pianeta extrasolare possono essere presenti quando quel pianeta si forma in un sistema binario.
7Le linee vita che formano il pianeta
In un sistema a stella multipla noto come GG Tau-A nella costellazione del Toro, ALMA ha rilevato che gas e polvere fluiscono in un flusso. Il flusso scorre da un immenso disco esterno che circonda l'intero sistema stellare a un disco interno più piccolo che circonda solo la stella centrale principale. Sembra una ruota all'interno di una ruota.
Gli scienziati erano a conoscenza di quel disco interno prima di ALMA, ma non potevano spiegare come il disco interno fosse sopravvissuto. Il suo materiale si stava esaurendo dalla sua stella centrale così rapidamente che il disco avrebbe dovuto scomparire molto tempo fa. Quindi ALMA ha rilevato questo fenomeno mai visto prima: i gas si muovono nell'area tra i due dischi fungendo da linea di vita trasferendo il materiale dal disco esterno per alimentare il disco interno. Il disco interno può quindi sopravvivere molto più a lungo, dandogli una maggiore possibilità di sviluppare pianeti che orbitano attorno alla stella centrale.
Se altri sistemi a stelle multiple hanno queste strutture di sicurezza per alimentare i dischi protoplanetari, avremo più posti per la caccia agli esopianeti - e alla vita aliena - in futuro.
6La Nebulosa del Boomerang
A 5.000 anni luce di distanza dalla Terra, la Nebulosa Boomerang nella costellazione del Centauro vince il premio per l'oggetto più freddo conosciuto nell'universo. La sua temperatura è di solo 1 Kelvin, che è lo stesso di -272 gradi Celsius (-458 ° F). È persino più freddo dello sfondo cosmico a microonde, che a 2,8 Kelvin è la temperatura dello sfondo naturale dello spazio.
Gli scienziati hanno esaminato le proprietà frigide della nebulosa Boomerang usando ALMA. Nel processo, hanno anche scoperto la forma attuale della nebulosa. In precedenza, i telescopi ottici raffiguravano la nebulosa in luce visibile come un papillon con due boomerang sovrapposti. Ma ALMA poteva visualizzare lunghezze d'onda di luce che erano state precedentemente oscurate da una fitta striscia di polvere che circondava la stella all'interno della nebulosa. Si è scoperto che la nebulosa ha una forma molto più ampia, che si sta espandendo rapidamente.
Gli astronomi hanno anche scoperto perché la Nebulosa del Boomerang è così frigida. La sua stella centrale sta morendo. Questo crea un rapido flusso di gas dalla stella che simultaneamente si espande e raffredda la nebulosa come il gas in espansione raffredda un frigorifero. Mentre l'espansione del gas rallenta, il guscio esterno della nebulosa sta diventando più caldo. "Questo è importante per capire come le stelle muoiono e diventare nebulose planetarie", dice Raghvendra Sahai del Jet Propulsion Laboratory della NASA. "Usando ALMA, eravamo letteralmente e in senso figurato in grado di gettare nuova luce sugli spasimi di una stella simile al Sole."
5 Lo spazio blob
Questo risultato di ALMA è eccitante a causa di ciò che i telescopi non l'ha fatto vedere. Ma iniziamo con ciò che i nostri telescopi hanno visto.
Nel 2009, gli astronomi hanno scoperto una bolla di gas incandescente che si estende per oltre 55.000 anni luce. Lo chiamarono "Himiko", dopo una leggendaria regina del Giappone. A quasi 13 miliardi di anni luce dalla Terra, e visto il tempo che impiega la luce per percorrere quella distanza, gli scienziati stavano vedendo Himiko in un momento in cui l'universo era solo il 6 percento delle sue dimensioni attuali. Sembrava troppo grande e potente per la sua era.
Usando l'Hubble Space Telescope e ALMA, gli astronomi sono stati in grado di risolvere parte del puzzle. Hubble ha rivelato che Himiko è costituito da tre gruppi stellari, ognuno dei quali è la solita dimensione di una galassia luminosa di quel tempo. Questi tre ciuffi stanno formando stelle alla sorprendente velocità di circa 100 masse solari ogni anno. Come spiega Richard Ellis del California Institute of Technology, "Questo triplo sistema estremamente raro, visto quando l'universo aveva solo 800 milioni di anni, fornisce importanti intuizioni sulle prime fasi della formazione delle galassie durante un periodo noto come" Cosmic Dawn ", quando il l'universo fu prima immerso nella luce delle stelle. Ancora più interessante, queste galassie sembrano sospese per fondersi in un'unica galassia massiccia, che potrebbe evolversi in qualcosa di simile alla Via Lattea. "
Ma ecco cosa ha lasciato gli astronomi grattarsi la testa. Un'area con tale formazione stellare attiva dovrebbe creare nubi di polvere di elementi pesanti come carbonio, ossigeno e silicio. Quando riscaldati dalla luce stellare, questi elementi producono lunghezze d'onda radio che ALMA può rilevare. Ma ALMA non ha rilevato alcuna onda radio significativa. Né ha rilevato il carbonio gassoso, che è anche associato alla formazione di stelle furiose.
Invece, gli astronomi ritengono che il gas interstellare di Himiko sia costituito da idrogeno ed elio. Questo probabilmente significa che stiamo vedendo una galassia primordiale mentre si sta formando poco dopo il Big Bang.
4 La fabbrica di polvere di Supernova
Senza polvere, nessuno di noi sarebbe esistito. La polvere è fondamentale per la formazione di stelle e pianeti. Sappiamo che l'universo ne è pieno, ma gli scienziati non erano sicuri di come si formasse la polvere nell'universo primordiale.
Oggi la maggior parte della polvere nell'universo proviene da stelle di tutte le dimensioni quando muoiono. Ma nell'universo primordiale, solo le stelle massicce erano diventate supernova. Ciò rappresentava un po 'di polvere, ma apparentemente non abbastanza per le grandi quantità osservate in lontane, giovani galassie. Quindi gli astronomi hanno esaminato i resti di Supernova 1987A con ALMA, e hanno trovato la risposta alla polvere iniziale scomparsa.
Come suggerisce il nome, la SN 1987A esplose nel 1987 a circa 168.000 anni luce dalla Terra. Gli scienziati si aspettavano di vedere grandi quantità di polvere come carbonio, ossigeno e atomi di silicio legati in molecole al centro del gas di raffreddamento dall'esplosione. Con i telescopi di quel tempo, hanno visto solo una piccola quantità di polvere calda. Ma quando hanno usato ALMA, hanno rilevato una nube di polvere con una massa pari al 25 percento del nostro sole.Con la capacità di ALMA di rivelare le lunghezze d'onda millimetriche e submillimetriche in cui la polvere fredda (molto più abbondante) brilla luminosa, il mistero è stato risolto.
"Le galassie davvero precoci sono incredibilmente polverose e questa polvere gioca un ruolo importante nell'evoluzione delle galassie", afferma Mikako Matsuuro dell'University College di Londra. "Oggi sappiamo che la polvere può essere creata in diversi modi, ma nell'universo primordiale, la maggior parte deve provenire dalle supernovae. Finalmente abbiamo prove dirette per supportare questa teoria. "
3 La stella della morte di Orione
Ci sono assassini di pianeti in agguato nell'affollato asilo stellare della Nebulosa di Orione.
Come abbiamo spiegato in precedenza, grandi nubi molecolari di gas e polvere come la nebulosa forniscono un ambiente eccellente per la creazione di stelle e infine di pianeti. Ma ci sono anche stelle di tipo O più vecchie nella Nebulosa di Orione che sono molto più massicce del nostro sole e hanno temperature superficiali di 50.000 Kelvin o più. Queste stelle O esercitano il potere della vita e della morte sullo sviluppo di sistemi planetari nella loro regione. Quando queste O-stelle massicce e di breve durata diventano supernova, gli scienziati ritengono che le esplosioni risultanti creeranno nuvole di gas e polvere che formeranno il prossimo giro di stelle e pianeti. Ma mentre queste O-stelle vivono, possono distruggere i dischi protoplanetari se quei sistemi solari embrionali si avvicinano troppo.
Con la capacità di ALMA di vedere oggetti nascosti dalla polvere, gli astronomi sono in grado di visualizzare il doppio dei dischi protoplanetari noti nella Nebulosa di Orione. I dati mostrano che se le stelle giovani arrivano entro un decimo di un anno luce di una stella O, l'intensa radiazione ultravioletta spoglierà il disco protoplanetario della giovane stella prima che i pianeti possano formarsi. Questa radiazione elettromagnetica estrema spinge spesso le giovani stelle colpite sotto forma di lacrime.
2The Event Horizon Telescope
A metà del 2014, gli scienziati hanno installato un orologio atomico estremamente preciso nel sito di Array Operations di ALMA per sincronizzare ALMA con una rete globale di radiotelescopi. Questo faceva parte di un processo per formare uno strumento di dimensioni terrestri chiamato Event Horizon Telescope (EHT). "Unendo i più avanzati piatti radio millimetrici e submillimetrici di lunghezza d'onda in tutto il mondo, l'Event Horizon Telescope crea uno strumento fondamentalmente nuovo con la massima potenza di ingrandimento mai raggiunta", ha affermato Shep Doeleman del MIT Haystack Observatory. "Ancorato da ALMA, l'EHT aprirà una nuova finestra sulla ricerca sul buco nero e metterà a fuoco uno degli unici luoghi dell'universo in cui le teorie di Einstein potrebbero scoppiare: all'orizzonte degli eventi".
L'orizzonte degli eventi è un confine teorico che circonda un buco nero che rappresenta il punto di non ritorno, dove nulla, neppure la luce, può sfuggire alla forza gravitazionale del foro. Gli scienziati vogliono usare l'EHT per vedere se esiste effettivamente un orizzonte di eventi nel buco nero supermassiccio al centro della nostra galassia della Via Lattea. Si ritiene che questo buco nero, il Sagittario A *, racchiuda la massa di circa quattro milioni di soli in un'area incredibilmente piccola.
Per testare ulteriormente la teoria della relatività generale di Einstein, l'EHT scansionerà anche il Sagittario A * per un'ombra, che è un'area oscurata in cui il buco nero ha inghiottito la luce. Con la forma e le dimensioni della sua ombra determinate dalla rotazione e dalla massa del Sagittario A *, i dati dell'EHT potrebbero rivelare come lo spazio e il tempo si deformano in questo ambiente.
Gli astronomi vogliono anche osservare la collisione del Sagittario A * con G2, un'enorme nube di gas e polvere, per vedere come questo influisce sul buco nero e sulla nostra galassia. Questa collisione durerà più di un anno.
1 La nascita di un sistema solare
All'inizio di novembre 2014, ALMA ci ha dato la prima visione dettagliata dei pianeti che si formano in un disco protoplanetario attorno a una giovane stella simile al Sole. La stella era HL Tau, nella costellazione del Toro a circa 450 anni luce dalla Terra. Questa immagine incredibilmente chiara mostra la nascita di un nuovo sistema solare e fornisce anche una finestra sul nostro passato rivelando come il nostro sistema solare possa essersi formato più di quattro miliardi di anni fa.
Nella luce visibile, HL Tau è nascosto dietro una gigantesca nube di gas e polvere. Ma, ancora una volta, ALMA è stata in grado di scansionare a lunghezze d'onda molto più lunghe per vedere attraverso la polvere il nucleo della nuvola, dove stava avvenendo l'attività di produzione del pianeta. La nuova immagine di ALMA ha confermato un bel po 'di teoria scientifica sulla formazione dei pianeti.
ALMA ha anche regalato agli astronomi almeno una grande sorpresa. Si supponeva che HL Tau fosse troppo giovane perché i grandi corpi planetari girassero attorno ad esso. Ma ALMA mostra chiaramente anelli concentrici che tagliano il disco protoplanetario di HL Tau. Quando i pianeti aumentano di dimensioni, creano questi anelli concentrici, separati da spazi vuoti dove i pianeti orbitano attorno alla loro giovane stella e spingono detriti fuori dal disco.
Sembra che almeno otto pianeti si stiano formando, uno per ciascun anello concentrico. La scienziata ALMA Catherine Vlahakis riassume bene la visione prevalente: "Questa sola immagine rivoluzionerà le teorie sulla formazione dei pianeti".