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venerdì 22 aprile 2011

Nuove dimensioni in arrivo

C'è un'ipotesi che prevede la comparsa di nuove dimensioni "spaziali" man mano che l'Universo si espande. Da una si sarebbe per ora arrivati a quattro. Una teoria suggestiva ma anche azzardata e alquanto complicata da dimostrare.

Più si espande, più l’Universo acquista nuove dimensioni. Questa l’ipotesi del fisico Dejan Stojkovic e di altri suoi colleghi americani dell’ Università di Buffalo, proposta nel 2010 e pubblicata in un articolo sul Physical Review Letters.  Il concetto di partenza è che l’Universo primordiale, quello risalente alle prime epoche dopo il Big Bang, avesse una sola dimensione spaziale: in pratica possedeva solo la lunghezza, come nel caso di una linea dritta. Espandendosi si è poi aggiunta una seconda dimensione: la larghezza, come nel caso di un foglio disteso. Continuando a espandersi, a un certo punto è comparsa anche una terza dimensione, la profondità, diventando l’Universo a tre dimensioni nel quale viviamo ancora oggi.

Nell’articolo i fisici affermano di poter confermare o smentire questa teoria sfruttando la possibilità  che più lontano si guarda più indietro si va nel tempo (conseguenza del fatto che nessun segnale può viaggiare più veloce della luce). Nel loro caso per “guardare” lontano e quindi anche indietro nel tempo sarebbe necessario utilizzare LISA, (Laser Interferometer Space Antenna), un futuro interferometro che dovrebbe misurare le onde gravitazionali, perturbazioni dello spazio tempo originate dalle masse in movimento accelerato. Poiché in una e due dimensioni le onde gravitazionali non possono esistere basterebbe allora verificare se davvero non si registra l’emissione di queste onde quando si “guarda” molto lontano, ovvero  quando si è presunto che l’Universo avesse una o due dimensioni.

Purtroppo il metodo non è così facile a realizzarsi. Anzitutto per un motivo molto “terrestre”: tra contrattempi e ritardi non è certo quando il progetto LISA diverrà realtà. Inoltre captare le onde gravitazionali è tutt’altro che semplice: sono previste dalla teoria generale della Relatività ma c’è chi dubita della loro esistenza o comunque della possibilità di riuscire a individuarle.

Al di là di questi problemi, se il modello dell’Universo che acquista dimensioni man mano che si espande fosse vero, potremmo ipotizzare che prima o poi compaia una quarta dimensione. Anzi forse è già apparsa: noi non ce ne siamo mai accorti perché è percepibile solo su grande scala. In pratica siamo troppo piccoli per riuscire a sentirne la presenza. Potremmo però cogliere indizi della sua esistenza: ad esempio per Stojkovic proprio la presenza di una quarta dimensione potrebbe spiegare il perché l’Universo sta aumentando la sua velocità di espansione, senza chiamare in causa altre ipotesi quali l’energia oscura.

Di fronte a una simile teoria, la cautela è d’obbligo. D’altra parte la ricerca si basa anche su ipotesi come questa: azzardata, complicata da dimostrare ma capace di creare, nel bene o nel male, attenzione e curiosità attorno un campo di studio, la cosmologia, in continua evoluzione.

lunedì 14 marzo 2011

20mila orbite sopra il cielo

Agile, il satellite italiano dedicato all'astrofisica delle alte energie dell'Universo, ha compiuto oggi la sua ventimillesima orbita. Pronto per la pensione? Neanche per idea. Prosegue egregiamente in quel lavoro che sta affascinando la comunità scientifica internazionale.

E sono 20mila. Proprio come le leghe percorse sotto i mari dal leggendario Nautilus di capitan Nemo. Ventimila orbite descritte dal  satellite AGILE attorno alla Terra: un traguardo tutto italiano, che forse solo la penna di Jules Verne avrebbe saputo immaginare. Da quando è stato lanciato, il 23 aprile di quattro anni fa nella base indiana di Sriharikota, AGILE (Astrorivelatore Gamma ad Immagini LEggero) non ha smesso di affascinare la comunità scientifica con le sue scoperte nello studio dell’Universo nelle alte energie.

Tanto che la “fine missione” originariamente fissata per il 2010 è stata annullata e al momento il satellite è ancora pienamente operativo, in attesa di spegnere la sua quarta candelina il mese prossimo. Oltre mille e quattrocento giorni di vita, i suoi finora, durante i quali ha effettuato radiografie celesti a 550 km di altitudine, scandagliando con perizia il cosmo e l’atmosfera terrestre.

“AGILE sta contribuendo allo studio dei fenomeni più energetici del nostro Universo con applicazioni importanti anche sulla Terra”, ha commentato il Principal Investigator dello strumento, Marco Tavani, dell’INAF-IASF di Roma.  “Tra le scoperte degli ultimi mesi – ha proseguito Tavani – va ricordata quella relativa alla forte emissione gamma transiente dalla Nebulosa del Granchio (finora ritenuta la sorgente stabile per eccellenza dagli astronomi) che sta fornendo informazioni fondamentali sui processi di accelerazione di particelle più estremi, e la rilevazione di emissione gamma fino a 100 Megaelettronvolt da parte di una classe speciale di lampi terrestri. Una scoperta, quest’ultima – ha concluso Tavani – che porta a revisionare completamente i modelli proposti finora per la produzione di raggi gamma nell’atmosfera”.

L’obiettivo di AGILE – un programma ASI realizzato con il contributo di INAF, INFN e CIFS e grazie al lavoro di un pool di industrie nazionali guidato da Gavazzi Space, Thales-Alenia Space Italia, Rheinmetall Italia, Telespazio, Galileo Avionica e Mipot – è  studiare l’universo “violento” nei raggi X e Gamma. Ovvero nella banda di radiazioni in cui si “vedono” i fenomeni più potenti ed energetici che avvengono nel cosmo, come le esplosioni dei lampi gamma e quelli in prossimità dei buchi neri e stelle di neutroni, nella nostra e in galassie lontane, attraverso un sistema composto da due rivelatori capaci di produrre “immagini” con l’uso della tecnologia dei rivelatori al silicio. Il primo registra i raggi gamma (di energia compresa tra i 30 MeV e i 30 GeV),  il secondo, “Super AGILE”, i raggi X-duri (15-45 keV).

La particolarità di AGILE è proprio la combinazione di due rivelatori a immagini, operanti simultaneamente nelle bande di energia gamma e di raggi X-duri, fusi in un unico strumento dalle grandi capacità scientifiche. Nella sua minuta scatola di silicio restano intrappolati lampi di luce spaventosamente potenti, emessi per lo più da Gamma Ray Burst, flash invisibili agli occhi umani sprigionati da un’energia più forte di quella emanata dal sole in tutta la sua vita.

“I dati prodotti dal satellite AGILE e scaricati nei 20.000 passaggi sulla stazione di Malindi hanno riservato non poche sorprese in questi quattro anni di vita operativa”, ha dichiarato Barbara Negri, responsabile dell’unità Esplorazione e Osservazione dell’Universo dell’ASI. “Grazie all’ottima strumentazione a bordo, alla capacità di monitoraggio del cielo gamma e di allerta rapida, nonché all’attività di analisi dati dell’ASI Science Data Center – ha infine sottolineato la Negri – AGILE si è conquistato un posto di rilievo per l’importante contributo dato all’Astrofisica delle alte energie.”

mercoledì 26 gennaio 2011

Astronomers Release the Largest Color Image of the Sky Ever Made [English-Italiano]


The Sloan Digital Sky Survey-III (SDSS-III) has released the largest digital color image of the sky ever made, and its free to all. The image has been put together over the last decade from millions of 2.8-megapixel images, thus creating a color image of more than a trillion pixels. This terapixel image is so big and detailed that one would need 500,000 high-definition TVs to view it at its full resolution.


"This image provides opportunities for many new scientific discoveries in the years to come," exclaims Bob Nichol, a professor at the University of Portsmouth and Scientific Spokesperson for the SDSS-III collaboration.
The new image is at the heart of new data being released by the SDSS-III collaboration at 217th American Astronomical Society meeting in Seattle. This new SDSS-III data release, along with the previous data releases that it builds upon, gives astronomers the most comprehensive view of the night sky ever made. SDSS data have already been used to discover nearly half a billion astronomical objects, including asteroids, stars, galaxies and distant quasars. The latest, most precise positions, colors and shapes for all these objects are also being released.
"This is one of the biggest bounties in the history of science," says Professor Mike Blanton from New York University, who is leading the data archive work in SDSS-III.
Illustration: This illustration shows the wealth of information on scales both small and large available in the SDSS-III's new image. The picture in the top left shows the SDSS-III view of a small part of the sky, centered on the galaxy Messier 33 (M33). The middle top picture is a further zoom-in on M33, showing the spiral arms of this Galaxy, including the blue knots of intense star formation known as "HII regions." The top right-hand picture is a further zoom into M33 showing the object NGC604, which is one of the largest HII regions in that galaxy. The figure at the bottom is a map of the whole sky derived from the SDSS-III image, divided into the northern and southern hemispheres of our galaxy. Visible in the map are the clusters and walls of galaxies that are the largest structures in the entire universe. (Credit: M. Blanton and the SDSS-III)


Blanton and many other scientists have been working for months preparing the release of all this data. This data will be a legacy for the ages, explains Blanton, as previous ambitious sky surveys like the Palomar Sky Survey of the 1950s are still being used today. We expect the SDSS data to have that sort of shelf life," comments Blanton.

The image was started in 1998 using what was then the worlds largest digital camera a 138-megapixel imaging detector on the back of a dedicated 2.5-meter telescope at the Apache Point Observatory in New Mexico, USA. Over the last decade, the Sloan Digital Sky Survey has scanned a third of the whole sky. Now, this imaging camera is being retired, and will be part of the permanent collection at the Smithsonian in recognition of its contributions to Astronomy.
"Its been wonderful to see the science results that have come from this camera," says Connie Rockosi, an astronomer from the University of California Santa Cruz, who started working on the camera in the 1990s as an undergraduate student with Jim Gunn, Professor of Astronomy at Princeton University and SDSS-I/II Project Scientist. Rockosi's entire career so far has paralleled the history of the SDSS camera. "Its a bittersweet feeling to see this camera retired, because Ive been working with it for nearly 20 years," she says.
But what next? This enormous image has formed the basis for new surveys of the Universe using the SDSS telescope.

These surveys rely on spectra, an astronomical technique that uses instruments to spread the light from a star or galaxy into its component wavelengths. Spectra can be used to find the distances to distant galaxies, and the properties (such as temperature and chemical composition) of different types of stars and galaxies.
"We have upgraded the existing SDSS instruments, and we are using them to measure distances to over a million galaxies detected in this image," explains David Schlegel, an astronomer from Lawrence Berkeley National Laboratory, and the Principal Investigator of the new SDSS-III Baryon Oscillation

Spectroscopic Survey (BOSS). Schlegel explains that measuring distances to galaxies is more time- consuming than simply taking their pictures, but in return, it provides a detailed three-dimensional map of the galaxies' distribution in space.
BOSS started taking data in 2009 and will continue until 2014, explains Schlegel. Once finished, BOSS will be the largest 3-D map of galaxies ever made, extending the original SDSS galaxy survey to a much larger volume of the Universe. The goal of BOSS is to precisely measure how so-called "Dark Energy" has changed over the recent history of the Universe. These measurements will help astronomers understand the nature of this mysterious substance. "Dark energy is the biggest conundrum facing science today," says Schlegel, "and the SDSS continues to lead the way in trying to figure out what the heck it is!"

In addition to BOSS, the SDSS-III collaboration has been studying the properties and motions of hundreds of thousands of stars in the outer parts of our Milky Way Galaxy. The survey, known as the Sloan Extension for Galactic Understanding and Exploration or SEGUE started several years ago but has now been completed as part of the first year of SDSS-III.

In conjunction with the new image, astronomers from SEGUE are also releasing the largest map of the outer Galaxy ever released. "This map has been used to study the distribution of stars in our Galaxy," says Rockosi, the Principal Investigator of SEGUE. "We have found many streams of stars that originally belonged to other galaxies that were torn apart by the gravity of our Milky Way. We've long thought that galaxies evolve by merging with others; the SEGUE observations confirm this basic picture."

SDSS-III is also undertaking two other surveys of our Galaxy through 2014. The first, called MARVELS, will use a new instrument to repeatedly measure spectra for approximately 8500 nearby stars like our own Sun, looking for the tell-tale wobbles caused by large Jupiter-like planets orbiting them. MARVELS is predicted to discover around a hundred new giant planets, as well as potentially finding a similar number of "brown dwarfs" that are intermediate between the most massive planets and the smallest stars.
The second survey is the APO Galactic Evolution Experiment (APOGEE), which is using one of the largest infrared spectrographs ever built to undertake the first systematic study of stars in all parts of our Galaxy; even stars on the other side of our Galaxy beyond the central bulge. Such stars are traditionally difficult to study as their visible light is obscured by large amounts of dust in the disk of our Galaxy. However, by working at longer, infrared wavelengths, APOGEE can study them in great detail, thus revealing their properties and motions to explore how the different components of our Galaxy were put together.
"The SDSS-III is an amazingly diverse project built on the legacy of the original SDSS and SDSS-II surveys," summarizes Nichol. "This image is the culmination of decades of work by hundreds of people, and has already produced many incredible discoveries. Astronomy has a rich tradition of making all such data freely available to the public, and we hope everyone will enjoy it as much as we have."

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LA FOTO DIGITALE DEL CIELO PIU' GRANDE MAI REALIZZATA. Adattamento e traduzione a cura di Arthur McPaul

Lo Sloan Digital Sky Survey-III (SDSS-III) ha rilasciato la più grande immagine digitale a colori del cielo mai fatta, realizzata da milioni foto degli ultimi dieci anni di 2,8 megapixel, che ha dato vita ad una unica a colori di oltre un trilione di pixel.
Questa immagine terapixel è così grande e dettagliata che per vederla a piena risoluzione sarebbero necessari almeno 500 mila televisori ad alta definizione.


"Questa immagine offre l'opportunità per molte nuove scoperte scientifiche, negli anni a venire", ha riferito Bob Nichol, professore presso l'Università di Portsmouth e Portavoce scientifico per la SDSS-III.

Illustrazione in alto :Questa figura mostra la ricchezza di informazioni su scale piccole e grandi disponibili in nuova immagine del SDSS-III. L'immagine in alto a sinistra mostra la vista SDSS-III di una piccola parte del cielo, centrata sulla galassia Messier 33 (M33). L'immagine in alto al centro è un ulteriore zoom su M33, che mostra i bracci a spirale della galassia, tra i nodi blu intenso della formazione stellare nota come "regioni HII." L'immagine in alto a destra è un ulteriore zoom che mostra l'oggetto M33 NGC604, una delle più grandi regioni HII in quella galassia. La figura in fondo è una mappa di tutto il cielo derivata dall'immagine SDSS-III, suddivisa in due emisferi settentrionale e meridionali della nostra galassia. Nella mappa sono visibili i cluster di galassie che sono le più grandi strutture in tutto l'universo. (Credit: Blanton M. e la SDSS-III)

La nuova immagine è al centro dei nuovi dati rilasciati dalla collaborazione SDSS-III alla 217a riunione dell'American Astronomical Society a Seattle. Questo nuovo rilascio dei dati, associato con le versioni precedenti di dati su cui si basa, offre agli astronomi la visione più completa del cielo notturno mai fatto. I dati SDSS sono già stati utilizzati per scoprire quasi mezzo miliardo di oggetti astronomici, tra cui asteroidi, stelle, galassie e quasar distanti. Le ultime immagini rilasciate hanno più precise posizioni, colori e forme di questi oggetti.

"Questo è uno dei più grandi doni nella storia della scienza", ha detto il professor Mike Blanton alla New York University, che guida il lavoro di archivio dati in SDSS-III. Blanton e molti altri scienziati hanno lavorato per mesi alla preparazione di tutti questi dati che saranno un'eredità per i secoli, spiega Blanton, come precedenti ambiziose indagini indagini del cielo tra cui la Palomar Sky Survey del 1950 che sono ancora in uso oggi.
L'immagine è stata avviata nel 1998 con quella che allora era la più grande macchina fotografica digitale al mondo, un rivelatore di immagine da 138-megapixel sul retro di un telescopio dedicato di 2,5 metri all'Apache Point Observatory nel New Mexico, USA. Negli ultimi dieci anni, la Sloan Digital Sky Survey ha scannerizzato un terzo di tutto il cielo. Ora, questa termocamera è in pensione, e farà parte della collezione permanente dello Smithsonian per i suoi contributi al Astronomia.

Connie Rockosi, astronomo presso l'Università della California di Santa Cruz ha detto che "E' una sensazione agrodolce vedere questa fotocamera in pensione, perché ci ho lavorato per quasi 20 anni".

Questa immagine sarà la base per nuove indagini dell'Universo utilizzando il telescopio SDSS. Queste indagini si basano sugli spettri, una tecnica che utilizza gli strumenti astronomici per diffondere la luce di una stella o galassia nelle sue lunghezze d'onda componenti. Lo spettro può essere utilizzato per calcolare le distanze di galassie lontane e le proprietà (come la temperatura e composizione chimica) di diversi tipi di stelle e galassie.

"Abbiamo aggiornato gli strumenti esistenti SDSS e li stiamo utilizzando per misurare le distanze di oltre un milione di galassie rilevate in questa immagine" spiega David Schlegel, un astronomo del Lawrence Berkeley National Laboratory e Principal Investigator del nuovo SDSS-III Barion Spettroscopic Oscillation (BOSS). Schlegel spiega che la misura delle distanze di galassie fornisce anche una mappa dettagliata tridimensionale della loro distribuzione nello spazio.

BOSS ha iniziato a prendere i nuovi dati nel 2009 e continuerà fino al 2014, ha spiegato Schlegel. Una volta finito, BOSS sarà la più grande mappa in 3-D delle galassie mai fatta dall'uomo. L'obiettivo di BOSS è quello di misurare con precisione come la cosiddetta "energia oscura" è cambiata nel corso della recente storia dell'Universo. Queste misure aiuteranno gli astronomi a comprendere la natura di questa sostanza misteriosa. "L'energia oscura è il più grande enigma della scienza cosmica dei giorni nostri" ci dice Schlegel, "e la SDSS continuerà a guidare la ricerca per cercare di capire cosa diavolo sia!"

Oltre al BOSS la collaborazione SDSS-III studia le proprietà ed i movimenti di centinaia di migliaia di stelle nelle parti esterne della nostra Via Lattea. L'indagine, conosciuta come Sloan for Galactic Understanding and Exploration o SEGUE ha iniziato diversi anni fa ma ora è stata completato come parte del primo anno di ricerca SDSS-III.

In concomitanza con la nuova immagine, gli astronomi di SEGUE stanno anche rilasciando la più grande mappa della galassia esterna mai rilasciata. "Questa mappa è stata utilizzata per studiare la distribuzione delle stelle nella nostra Galassia", dice Rockosi, Principal Investigator di SEGUE".

Abbiamo trovato diverse correnti di stelle che originariamente appartenevano ad altre galassie che sono state distrutte dalla gravità della nostra Via Lattea. Abbiamo a lungo pensato che le galassie si evolvono attraverso la fusione con le altre e le osservazioni di SEGUE confermno questo quadro di base".

SDSS-III ha anche avviato due indagini: la prima, chiamata MARVELS, userà un nuovo strumento per misurare ripetutamente gli spettri per le circa 8500 stelle vicine come il nostro Sole, cercando le oscillazioni causate da grandi pianeti simili a Giove in orbita attorno loro. MARVELS prevede di scoprire un centinaio di nuovi pianeti giganti, così come un numero analogo di "nane brune", che sono intermedie tra i pianeti più massicci e le stelle più piccole.

La seconda indagine è l'APO Galactic Evolution Experiment (apogeo), che sta utilizzando uno dei più grandi spettografi mai costruiti a raggi infrarossi per intraprendere il primo studio sistematico delle stelle in tutte le parti della nostra galassia; stelle anche al di là della nostra Galassia al di là del rigonfiamento centrale. Queste stelle sono tradizionalmente difficili da studiare perchè la loro luce visibile è oscurata da grandi quantità di polvere nel disco della nostra Galassia. Tuttavia, lavorando a lungo, in particolari lunghezze d'onda infrarosse, APOGEE potrà studiarle in grande dettaglio, rivelando così le loro proprietà e come le diverse componenti della nostra galassia sono state messe insieme.

"La SDSS-III è un progetto incredibilmente diversificato costruito sull'eredità del SDSS originale e indagini di SDSS-II", riassume Nichol. "Questa immagine è il risultato di decenni di lavoro fatto da centinaia di persone, e ha già prodotto molte scoperte incredibili.




domenica 23 gennaio 2011

Le molecole della vita sospese nelle galassie [English/Italian]

In Distant Galaxies, New Clues to Century-Old Molecule Mystery

In a study that pushes the limits of observations currently possible from Earth, a team of NASA and European scientists recorded the "fingerprints" of mystery molecules in two distant galaxies, Andromeda and the Triangulum. Astronomers can count on one hand the number of galaxies examined so far for such fingerprints, which are thought to belong to large organic molecules, says the team's leader, Martin Cordiner of the Goddard Center for Astrobiology at NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Md.

Figuring out exactly which molecules are leaving these clues, known as "diffuse interstellar bands" (DIBs), is a puzzle that initially seemed straightforward but has gone unsolved for nearly a hundred years. The answer is expected to help explain how stars, planets and life form, so settling the matter is as important to astronomers who specialize in chemistry and biology as determining the nature of dark matter is to the specialists in physics.
Cordiner is presenting the team's research at the American Astronomical Society meeting in Seattle, Wash., on Jan. 10, 2011, and the results from Andromeda were published in an Astrophysical Journal paper on Jan. 1. The findings provide some evidence against one of the top candidates on the list of suspects: polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs), a group of molecules that is widespread in space. The research also reveals that some of the signatures found in Andromeda and the Triangulum are similar to ones seen in our own Milky Way, despite some big differences between those galaxies and ours.
"We have studied DIBs in incredibly diverse environments. Some have low levels of UV radiation. Some have radiation levels thousands of times higher. Some have different amounts of 'ingredients' available for making stars and planets," Cordiner says. "And throughout all of these, we see DIBs."

Missing in action
Until now, only two galaxies beyond our own have been investigated in detail for DIBs. Those are our nearest neighbors, the Large and Small Magellanic Clouds, which lie 160,000 to 200,000 light years away. (Researchers have conducted selective studies elsewhere, however.)
Andromeda and the Triangulum are located much farther away, at about 2.5 to 3 million light years from Earth. "At those distances, individual stars are so faint that we need to push even the largest telescopes in the world to their limits in order to observe them," Cordiner says.
That statement might seem strange to anyone who has looked into the night sky and seen either of these galaxies with the naked eye. Under favorable conditions, the galaxies appear as smudges in the constellations that bear their respective names.
But to study DIBs, researchers need to do much more than see that the galaxy is there. They have to pick out individual stars within the galaxy, and only a few telescopes worldwide are powerful enough to gather sufficient light for that. (The team used the Gemini Observatory's telescope in Hawaii.) This is why most DIBs found so far have been in the Milky Way.
Whichever galaxy an astronomer chooses, though, it will be made up of tens to hundreds of billions of stars. "The first step is choosing which stars to observe," Cordiner explains.
Cordiner's colleagues at Queen's University in Belfast, U.K., took the lead on finding good targets. They picked blue supergiants -- stars that are very large, very hot and very bright. Supergiants also burn very clean: unlike our sun and other cooler stars, they contribute little background clutter to the observations being made.
To look for DIBs, an astronomer points the telescope at a star and scans through a rainbow made up of thousands of wavelengths of light. This rainbow, or spectrum, is extended a bit beyond visible light, into the UV at the blue end and into the infrared at the red end.
DIBs are not defined by what astronomers see while doing this, but by what they don't see. The colors missing from the rainbow, marked by black stripes, are the ones of interest. Each one is a wavelength being absorbed by some kind of atom or molecule.
A DIB is one of these regions where the color is missing. But compared to the nice, neat "absorption lines" that are identified with atoms or simple molecules, a DIB is not well-behaved, which is why it stands out.
"Astronomers were used to seeing quite sharp, narrow bands where typical atoms and molecules absorb," says Cordiner. "But DIBs are broad; that's why they are called 'diffuse.' Some DIBs have simple shapes and are quite smooth, but others have bumps and wiggles and may even be lopsided."

The mystery deepens
Over time, astronomers have been building up catalogs to show exactly which wavelengths are absorbed by all kinds of atoms and molecules. Each molecule has its own unique pattern, which can be used like a fingerprint: if a pattern found during an astronomical observation matches a pattern in one of the catalogs, the molecule can be identified.
It's a pretty straightforward concept. So, early researchers "would surely not have thought that the solution to the diffuse band problem would still be so elusive," wrote Peter Sarre in a 2006 review article about DIBs. Sarre, a professor of chemistry and molecular astrophysics at the University of Nottingham, U.K., supervised Cordiner's graduate-school work on DIBs.
The significance of the first DIBs, recorded in 1922 in Mary Lea Heger's Ph.D. thesis, was not immediately recognized. But once astronomers began systematic studies, starting with a 1934 paper by P. W. Merrill, they had every reason to believe the problem could be solved within a decade or two.

No such luck
More than 400 DIBs have been documented since then. But not one has been identified with enough certainty for astronomers to consider its case closed.
"With this many diffuse bands, you'd think we astronomers would have enough clues to solve this problem," muses Joseph Nuth, a senior scientist with the Goddard Center for Astrobiology who was not involved in this work. "Instead, it's getting more mysterious as more data is gathered."
Detailed analyses of the bumps and wiggles of the DIBs, suggest that the molecules which give rise to DIBs -- called "carriers" -- are probably large.
But like beauty, "large" is in the eye of the beholder. In this case, it means the molecule has at least 20 atoms or more. This is quite small compared to, say, a protein but huge compared to a molecule of carbon monoxide, a very common molecule in space.
Recently, though, more interest has been focused on at least one small molecule, a chain made from three carbon atoms and two hydrogen atoms (C3H2). This was tentatively identified with a pattern of DIBs.

Tenacious D
On the list of DIB-related suspects, all molecules have one thing in common: they are organic, which means they are built largely from carbon.
Carbon is great for building large numbers of molecules because it is available almost everywhere. In space, only hydrogen, helium and oxygen are more plentiful. Here on Earth, we find carbon in the planet's crust, the oceans, the atmosphere and all forms of life.
Likewise, astronomers "see DIBs pretty much in any direction we look," says Jan Cami, an astronomer at the University of Western Ontario, Canada. He has collaborated with Cordiner before but was not involved in this study. "And we see lots of DIBs."
Carbon is also great for building molecules in all kinds of configurations -- millions of carbon compounds have been identified -- and especially for building very stable molecules.
DIB carriers also seem to be quite stable. They survive the harsh physical conditions in the interstellar medium -- the material found in the space between the stars. They also hang tough in the Large Magellanic Cloud, where radiation levels are thousands of times stronger than in the Milky Way. In fact, says Cordiner, DIB carriers seem comfortable almost everywhere except in the clouds of dense gas where stars are born.
"The carriers are readily formed but not readily destroyed in a wide range of different environments," says Cordiner. "It's remarkable how tenacious these molecules really are."
In short, carriers are thought to be made of carbon, Cami says, "because it's a lot easier to build strong and stable molecules from carbon atoms than from other elements, such as silicon or sulfur. Using those elements rather than carbon would be like building a house from a bucket of sand while there's a huge pile of bricks at the construction site."
The top three carrier candidates are: chain-like molecules, like the one now tentatively associated with a pattern of DIBs; PAHs, which often come up in studies of how planets formed; and compounds related to fullerenes, the soccer-ball-shaped molecules also known as buckyballs.
"This list covers most types of carbon molecules," notes Cami. "Chains are essentially the one-dimensional carbon molecules, PAHs are the two-dimensional ones, and fullerene compounds are the three-dimensional ones."

Present and accounted for
In spite of the challenges of looking for DIBs in other galaxies, it's worth the effort to astronomers because they need to see what DIBs look like under different conditions.
Granted, conditions are not uniform everywhere within a galaxy. Some stars have planets near them; others don't. Between the stars, in the vast tracts of interstellar medium, the relative amounts of gas and dust floating around can be different from one region to the next. And the exact mixture of chemicals can vary a little from place to place.
"But being on Earth and looking at another object in the Milky Way is like being in the crowd at Times Square in New York City on New Year's Eve and trying to find your friend," explains Nuth. "It's much easier to spot the person if you are on a balcony rather than standing in the crowd yourself." Likewise, it's much easier to get a clear overview of a galaxy when you are outside of it.
In some respects, Andromeda and the Triangulum are similar to the Milky Way. All three are spiral galaxies that belong to a collection of more than 30 nearby galaxies called the Local Group. The Milky Way is the largest member of this group. Andromeda is the second-largest, and the Triangulum is third.
Like the Milky Way, Andromeda and the Triangulum are thought to be good places to synthesize large organic molecules, which is what DIBs carriers are thought to be. And yet, says Cordiner, "nobody knew until now whether DIBs actually existed in either galaxy."
The team found that, indeed, DIBs do exist in both places, and they are strong, which implies there are many carriers.
In the Milky Way, when researchers find strong DIBs, they tend to find a lot of dust, too. This makes sense, because whenever there's more raw material available to make DIBs carriers, there's also more available to make dust. The team found the same situation in Andromeda, Cordiner says.
Of greater interest in Andromeda was whether the strength of the DIBs was related to the amount of PAHs, which are high on the list of candidates for carriers. The researchers knew going into the study that PAHs are plentiful in Andromeda, as they are in the Milky Way.
"The details of the PAH population seem to be somewhat different in Andromeda, though," says Cami. "This makes it interesting to try and find out exactly what is different."
But after checking to see if the PAH levels were related to DIBs strength, "we didn't find any correlation between the two," Cordiner says. That finding doesn't rule out a connection, but it might shift more attention to chains of carbon atoms or to fullerene compounds.
The carriers are not pure, isolated fullerenes, says Cami, who led the team that first detected fullerenes in space. More likely, "atoms or molecules are either locked up in fullerene cages or attached to the outside surface, " he explains. "This might even hold for some of the other proposed molecules. For example, you could think of carbon chains dangling from other molecules or even from dust grains."

The more things change . . .
One big difference between the Milky Way and Andromeda is the number of massive young stars. The Milky Way has more than Andromeda. Because those young stars generate a lot of UV radiation, the Milky Way's interstellar medium has higher levels of this radiation than Andromeda's does.
More radiation means a harsher environment, so organic molecules should survive better in an environment with less radiation. In that sense, Andromeda should be more favorable for the carriers of DIBs and, in theory, should be able to boast more of them. But Cordiner and his colleagues found that the DIBs in Andromeda were only slightly stronger than those in the Milky Way, implying that Andromeda can only claim slightly more carriers.
The observations in the Triangulum add even more intrigue. There, the researchers found strong DIBs even though this galaxy differs in its metallicity, which is a measure of the availability of ingredients for making stars and planets.
The consistency from galaxy to galaxy is surprising, given how much the conditions are thought to vary among them. "But there are no detailed studies of Andromeda to tell us everything we want to know about conditions there," says Cordiner. "And even less is known about the Triangulum."
As is usually the case in cutting-edge astronomy, some assumptions had to be made, and a lot depends on how well those assumptions hold up as more information becomes available.
Meanwhile, researchers will try to learn everything they can about DIBs near and far and the organic molecules they represent. "If we're going to understand fully how interstellar chemistry works -- how stars and planets form," says Cordiner, "then we need a full understanding of the ingredients they use."




Traduzione a cura di Arthur McPaul
Le molecole della vita sospese nelle galassie

In uno studio che spinge i limiti di osservazioni possibili dalla Terra al massimo, una squadra della NASA e gli scienziati europei hanno registrato le "impronte digitali" di misteriose molecole in due galassie lontane, Andromeda e Triangolo. Gli astronomi possono contare su una mano il numero di galassie finora esaminate con la presenza di tali impronte. Si ritiene che appartengano a grandi molecole organiche, dice il team leader, Martin Cordiner del Centro Goddard per l'astrobiologia della NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Md.

Capire esattamente quali sono le molecole che hanno lasciato questi indizi, note come "bande interstellari diffuse" (DIB), è un mistero che inizialmente sembrava semplice, ma è rimasto irrisolto per quasi cento anni. La risposta è attesa per aiutare a spiegare come si formano le stelle, i pianeti, la chimica delle  forme  di vita chimica e biologia.
Foto in alto: Andromeda, è una delle due galassie lontane dove gli astronomi recentemente  hanno scoperto le bande interstellari diffuse (DIB). I cerchi indicano una forte DIB. Una "x" significa che non sono stati osservate le DIB. I colori nei riquadri corrispondono alle lunghezze d'onda dello spettro: blu per le UV, verde per la luce visibile, e rosso per infrarossi. (Credit: image M31 da Bill Schoening, Vanessa Harvey / programma REU / NOAO / AURA / NSF Insets da Nick Cox, Istituto di Astronomia, KU Leuven).

Un team di ricerca guidato dal prof. Cordiner al convegno dell'American Astronomical Society a Seattle, nello stato di Washington, il 10 gennaio 2011, ha pubblicato i risultati sulla galassia Andromeda sull'Astrophysical Journal del 1 gennaio. I risultati forniscono alcuni elementi che provano la presenza di uno dei candidati in cima alla lista dei sospetti: gli idrocarburi policiclici aromatici (IPA), un gruppo di molecole molto diffuse nello spazio. La ricerca rivela inoltre che alcune delle tracce si trovano in Andromeda e nel Triangolo sono simili a quelli visti nella nostra Via Lattea, nonostante alcune differenze tra queste galassie e la nostra.

"Abbiamo studiato le DIB in ambienti incredibilmente diversi. Alcuni hanno bassi livelli di radiazioni UV. Alcuni hanno livelli di radiazioni migliaia di volte superiori. Alcuni hanno diverse quantità di 'ingredienti' a disposizione per dar vita alle stelle e i pianeti", ci dice Cordiner . "E durante tutto questo, che vediamo le DIB".
Fino ad ora, solo due galassie oltre la nostra sono stata studiata in dettaglio per la rilevazione delle DIB, cioè i nostri vicini più prossimi, la Grande e Piccola Nube di Magellano, che si trovano a 160.000 e a 200.000 anni luce di distanza. (I ricercatori hanno condotto studi selettivi anche altrove, però).

Andromeda e il Triangolo si trovano molto più lontano, a circa 2,5-3.000.000 anni luce dalla Terra. "A quelle distanze, le singole stelle sono così deboli che abbiamo bisogno di spingere anche i più grandi telescopi al mondo per i loro limiti, al fine di osservare loro," dice Cordiner.
Tale affermazione potrebbe sembrare strana per chi ha guardato il cielo notturno e ha visto una di queste galassie ad occhio nudo. In condizioni favorevoli, le galassie appaiono come macchie  diffise nelle costellazioni che portano i loro rispettivi nomi.
Ma per studiare le DIB, i ricercatori devono fare molto di più vedere che la galassia. Devono individuare le singole stelle all'interno di essa e solo un paio di telescopi in tutto il mondo sono abbastanza potenti per raccogliere la luce sufficiente per questo obiettivo. (Il team ha utilizzato il telescopio dell'Osservatorio Gemini alle Hawaii.) Questo è il motivo che spiega perche le DIB sono state trovate finora solo nella Via Lattea.

Qualunque sia la galassia che un astronomo sceglie, sarà costituita da decine a centinaia di miliardi di stelle. "Il primo passo è la scelta che per osservare le singole stelle," spiega Cordiner.
Cordiner i colleghi alla Queen's University di Belfast, Regno Unito, hanno scelto di cercare le supergiganti blu, stelle che sono molto grandi, molto calde e molto luminose. Le supergiganti bruciano in molto pulito: a differenza del nostro Sole e di altre stelle più fredde, esse contribuiscono poco a fare confusione sullo sfondo.
Per cercare le DIB, un astronomo punta il telescopio su una stella e scansiona un arcobaleno composto da migliaia di lunghezze d'onda della luce. Questo arcobaleno, o spettro, si estende un po 'oltre la luce visibile, negli UV fino al blu e nell'infrarosso fino al rosso.
I DIB non sono definiti da questa analisi, ma da ciò che non si vede. I colori che mancano nell'arcobaleno, segnati da strisce nere, sono quelle di interesse. Ciascuno posssiede una lunghezza d'onda che viene assorbita da qualche tipo di atomo o molecola.

Un DIB è una di queste regioni in cui il colore è mancante. Ma rispetto alle"righe di assorbimento" pulite, che sono identificate con atomi o molecole semplici, un DIB non è ben caratteriszzato, ed è per questo che si distingue.
"Gli astronomi sono stati abituati a vedere bande strette dove gli atomi e le molecole tipiche vengono assorbite", dice Cordiner. "Ma le DIB sono larghe, per questo si definisono 'diffuse'. Alcune DIB hanno forme semplici e sono abbastanza liscie, ma altre hanno increspature e possono anche essere sbilenche".

Il mistero si infittisce
Nel corso del tempo, gli astronomi hanno costruito cataloghi per mostrare esattamente quali sono le lunghezze d'onda di assorbimento di tutti i tipi di atomi e molecole. Ogni molecola ha una sua configurazione unica, che può essere utilizzata come un'impronta digitale: se un modello trovato nel corso di una osservazione astronomica corrisponde a un modello in uno dei cataloghi, la molecola può essere dunque identificata.
E' un concetto abbastanza semplice. "Così, i ricercatori all'inizio non avrebbero mai pensato che la soluzione al problema della banda diffusa sarebbe stato ancora così sfuggente", ha scritto Peter Sarre in un articolo del 2006 sulle DIB. Sarre, un professore di chimica molecolare e astrofisica presso l'Università di Nottingham, Regno Unito, ha visionato lo studio di Cordiner sulla DIB.
 Il significato del primo DIB, registrato nel 1922, nella tesi di dottorato di ricerca di Maria Lea Heger, non fu immediatamente riconosciuto. Ma una volta che gli astronomi iniziarono studi sistematici, partendo da una carta del 1934 di PW Merrill, avevano tutte le ragioni per credere che il problema poteva essere risolto entro un decennio o al massimo due.

Niente da fare
Da allora sono stati documentati oltre 400 DIB ma nessuno è stato individuato con sufficiente certezza per gli astronomi a considerare il suo caso chiuso.
"Con queste numerose bande diffuse, si potrebbe pensare che gli astronomi hanno abbastanza indizi per risolvere il problema", riflette Giuseppe Nuth, scienziato senior presso il Centro Goddard per l'astrobiologia, che non è stato coinvolto in questo lavoro. "Invece, è sempre più misterioso quanto più i dati vengono raccolti."
Analisi dettagliate delle variazioni del DIB, suggeriscono che le molecole che danno luogo al DIB, dette "portatori", sono probabilmente di grandi dimensioni e hanno almeno 20 o più atomi. Questo è abbastanza ridotto rispetto ad una proteina ma enorme rispetto ad una molecola di monossido di carbonio, una molecola molto comune nello spazio.
Recentemente, però, più interesse è stato focalizzato in almeno un piccola molecola, una catena fatta da tre atomi di carbonio e due atomi di idrogeno (C3H2). Questo è stato provvisoriamente identificato con un modello di DIB.

Sulla lista dei sospetti DIB, tutte le molecole hanno una cosa in comune: sono organiche, il che significa che sono costruite in gran parte dal carbonio.

Il carbonio è idoneo per la costruzione di un gran numero di molecole, in quanto è disponibile quasi ovunque. Nello spazio, soltanto l'idrogeno, l'elio e l'ossigeno sono più abbondanti. Qui sulla Terra, troviamo carbonio nella crosta del pianeta, gli oceani, l'atmosfera e tutte le forme di vita.
Allo stesso modo, gli astronomi "vedono le DIB praticamente in qualsiasi direzione guardiamo", afferma Jan Cami, astronomo presso l'Università del Western Ontario, Canada. Ha collaborato con Cordiner ma non è stato coinvolto in questo studio. "E vediamo un sacco di DIB".
Il carbonio è fondamentale anche per la costruzione di molecole in tutti i tipi di configurazioni, milioni di composti del carbonio sono stati identificati  in particolare per la costruzione di molecole molto stabili.
I vettori DIB sembrano essere abbastanza stabili. Sopravvivono alle dure condizioni fisiche del mezzo interstellare, il materiale che si trova nello spazio tra le stelle. Essi hanno inoltre resistito nella Grande Nube di Magellano, dove i livelli di radiazione sono migliaia di volte più forti che nella Via Lattea. In realtà, dice Cordiner, i vettori dei DIB sembrano trovare origine quasi ovunque, tranne che nelle nuvole di gas denso in cui nascono le stelle.

"I vettori sono prontamente formati ma non facilmente distrutti in una vasta gamma di ambienti diversi", spiega Cordiner. "E notevole vedere come tenaci siano queste molecole".
In breve, i vettori si pensa che siano fatti di carbonio, dice Cami: "Sono molto più facili da costruire come molecole forti e stabili col carbonio piuttosto che da altri elementi, come il silicio o lo zolfo. L'utilizzo di tali elementi, piuttosto che del carbonio sarebbero come la costruzione di una casa da un secchio di sabbia, mentre c'è un enorme cumulo di mattoni in cantiere".
I primi tre candidati del vettore sono: molecole a catena come quelle ora provvisoriamente associate ad un quadro del DIB, le IPA, che si registrano spesso negli studi della formazione planetaria in cui si sono formati e composti i fullereni, le molecole di calcio a forma di palla.
"Questo elenco comprende molti tipi di molecole di carbonio", osserva Cami. "Le catene sono essenzialmente le molecole di carbonio a una dimensione, gli IPA sono quelle a due dimensioni, e i composti fullerene sono quelle a tre dimensioni".

Presente e contabilizzate
Nonostante la ricerca di DIB in altre galassie sia estenuante e difficile, vale la pena continuare perchè gli astronomi hanno bisogno di vedere cosa le DIB hanno in comune in condizioni diverse.
Certo, le condizioni non sono uniformi all'interno di una galassia. Alcune stelle hanno pianeti vicino a loro, altre no. Tra le stelle, in vasti tratti di mezzo interstellare, le quantità relative di gas e polveri che fluttuano attorno possono essere diverse da una regione all'altra e la miscela di sostanze chimiche può variare da luogo a luogo.

Il team ha scoperto che, effettivamente, le DIB esistono in entrambi i luoghi, e ciò implica che ci sono molti vettori.
Nella Via Lattea, quando i ricercatori a hanno trovato dei DIB forti, hanno trovato anche un sacco di polvere. Questo ha senso, perché ogni volta che c'è più materiale grezzo a disposizione per fare vettori DIB, c'è anche più disponibili a fare la polvere. La squadra ha trovato la stessa situazione in Andromeda, Cordiner dice.
Di maggiore interesse per Andromeda è capire se la forza del DIB è legato alla quantità di IPA, che è in alto nella lista dei candidati per i vettori. I ricercatori sapevano che le IPA sono abbondanti in Andromeda, come lo sono nella Via Lattea.
"I dettagli della popolazione PAH sembrano essere un po diversi in Andromeda, però," dice Cami. "Questo la rende interessante per cercare di scoprire esattamente che cosa sia diverso".
"Ma dopo il controllo per vedere se i livelli di IPA sono stati correlati alle DIB, non abbiamo trovato alcuna correlazione tra i due" Cordiner dice. Tale constatazione non esclude una connessione, ma potrebbe spostare più attenzione alle catene di atomi di carbonio o di composti di fullerene.

I vettori non sono puri, fullereni isolati, dice Cami, che ha guidato la squadra che per prima individuazione di essi nello spazio. Più probabilmente, "sono atomi o molecole rinchiusi in gabbie di fullerene o che ricoprono la superficie esterna", spiega. "Potrebebro anche contenere delle altre molecole, come ad esempio, alcune catene di carbonio o addirittura da grani di polvere".

Le cose cambiano più. . .
Una grande differenza tra la Via Lattea e Andromeda è il numero di giovani stelle massicce. La Via Lattea ne ha più di Andromeda. Poiché quelle giovani generano un sacco di radiazioni UV, il mezzo interstellare della Via Lattea ha livelli più elevati di questa radiazione.
Più di radiazione si intende un ambiente più pesante, molecole in modo organico dovrebbero sopravvivere meglio in un ambiente con meno radiazioni. In questo senso, Andromeda dovrebbe essere più favorevole per i portatori di DIB e, in teoria, dovrebbe essere in grado di averne di più. Ma Cordiner e i suoi colleghi hanno trovato che i DIB in Andromeda sono solo leggermente più forti di quelli della Via Lattea.
Le osservazioni nel Triangolo aggiugono ancora più mistero alla questione.  
I ricercatori hanno infatti trovato un forte DIB, anche se questa galassia si differenzia nella sua metallicità, che è una misura della disponibilità di ingredienti per fare stelle e pianeti.
La consistenza da galassia a galassia è sorprendente, visto quanto le condizioni sono pensati per variare tra di loro. "Ma non ci sono studi dettagliati di Andromeda per dirci tutto quello che volete sapere sulle sue condizioni e poco si sa anche del Triangolo" dice Cordiner. 

Nel frattempo, i ricercatori cercheranno di imparare tutto quanto è possibile sulle DIB vicine e lontane e le molecole organiche che rappresentano. "Per comprendere appieno come funziona la chimica interstellare e la formazione stellare e planetaria, avremmo bisogno di una piena comprensione degli ingredienti che essi usano", spiega Cordiner,