Alla ricerca delle onde gravitazionali primordiali

L'avanzamento nella prossima frontiera dell'astrofisica e della cosmologia dipende dalla nostra capacità di rilevare la presenza di un particolare tipo di onda nello spazio: l'onda gravitazionale primordiale.

Proprio come le increspature nell'acqua in uno stagno, le onde si spostano allungando il tessuto dello stesso spazio, al loro passaggio. Se rilevate, queste deboli e sfuggenti onde potrebbero fornire una visione senza precedenti dei primi momenti della formazione del nostro Universo.

In un articolo apparso nel numero del 21 maggio su Science, il fisico teorico e cosmologo Lawrence Krauss dell'Arizona State University e i ricercatori dell'Università di Chicago e del Fermi National Laboratory hanno esplorato la maggior parte di queste onde, con l'esame della radiazione cosmica a microonde ( CMB).
Nel corso del secolo passato, l'astronomia è stata rivoluzionata grazie all'uso di nuovi metodi per l'osservazione dell'Universo, ma ancora oggi l'origine dell'energia oscura e della materia oscura non sono note. La risposta a questi e altri misteri potrà giungere dall'analisi nei primissimi momenti dell'espansione del Big Bang.

La domanda su come abbia avuto origine l'Universo, provoca da sempre grande fascino ed è l'obiettivo primario per l'ASU Origini Project, presieduto da Krauss.
"Prima di 380.000 anni, l'Universo era opaco alla radiazione elettromagnetica", spiega Krauss, professore nella Scuola ASU dell'esplorazione della Terra e dello Spazio e del Dipartimento di Fisica nel Collegio delle arti liberali e delle scienze. "Prima di esplorare altre volte, abbiamo bisogno di cercare al di fuori dello spettro elettromagnetico. Le onde gravitazionali interagiscono molto debolmente con la materia e quelle prodotte all'inizio del tempo possono farsi strada senza ostacoli fino a noi, oggi, fornendoci una nuova immagine dell'universo primordiale. "

Nel 1916, Albert Einstein aveva previsto l'esistenza delle onde gravitazionali. Basandosi sulla sua teoria della relatività generale, gli oggetti curvano lo spazio intorno a loro. Quando grandi masse si muovono nello spazio, viene generato un disturbo sotto forma di onde gravitazionali, ma a causa della debolezza della gravità, è necessario disporre di cifre astronomiche di materia per generare onde su una scala che potrebbero effettivamente essere rilevabile.
"Immaginate che nello spazio lontano dalla Terra fluttuino al fianco di due specchi a molte miglia di distanza. Se un'onda gravitazionale si fosse propagata nello spazio, si dovrebbe vedere l'aumento della distanza tra i due oggetti e quindi diminuire ritmicamente mentre l'onda passa, in modo quasi impercettibile" spiega Krauss.
"Quando queste onde si propagano in tutto l'Universo diminuiscono di intensità, ma non scompaiono, né rallentano, perché si muovono attraverso la materia essenzialmente senza impedimenti".

"Le onde gravitazionali primordiali e la cosmologia", è stato scritto da Krauss, da Scott Dodelson del Fermi National Laboratory e dell'Università di Chicago e da Stephan Meyer, dell'Università di Chicago. Nel loro articolo su Science, hanno determinato l'esistenza di due fonti principali di onde gravitazionali: l'inflazione subito dopo il Big Bang e le transizioni di fase. Altre fonti possono includere le collisione dei buchi neri o due stelle orbitanti.
Anche se queste increspature dello spazio-tempo sono impercettibili per l'uomo, i rivelatori altamente sensibili come il Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory (LIGO), con sede a Livingston, Louisiana, sono stati progettati per cercarle.
La radiazione gravitazionale dell'Universo primordiale può essere rilevata indirettamente attraverso il suo effetto sulla polarizzazione della radiazione CMB (radiazione fossile del Big Bang che permea tutto lo spazio). Tuttavia, l'attuale generazione di rivelatori di onde gravitazionali diretto, LIGO inclusa, non ha la sensibilità sufficiente per sondare i segnali di possibili onde gravitazionali primordiali.
"La più grande sensibilità dell'onda gravitazionale primordiale viene dal dal caratteristico disegno di polarizzazione del CMB", dice Krauss. "Se le onde gravitazionali prodotte da una inflazione o da transizioni di fase esistenti è presente con la radiazione cosmica di fondo, saranno rilevabili come polarizzazione sul CMB."
Anche se impegnativa da rilevare, adesso disponiamo della tecnologia sufficientemente, e vale la pena cercarla", secondo Krauss.
"Con il XXI secolo, siamo pronti ad entrare in un nuova era della cosmologia, che ptrebbe fornire una nuova finestra sull'Universo primordiale e sui processi fisici che hanno governato la sua origine e la sua evoluzione", dice Krauss . "Il Satellite Planck dell'Agenzia spaziale europea è stato progettato per rilevare l'immagine del CMB su tutto il cielo, con una sensibilità senza precedenti e con la risoluzione angolare, che fornirà nuovi dati sulla polarizzazione entro i prossimi 3-4 anni e che ci auguriamo ci dia anche l'osservazione diretta delle onde dell'inizio del tempo ".

A cura di Arthur McPaul

Fonte: http://www.sciencedaily.com/releases/2010/05/100520141216.htm

Risolto il mistero della massa delle galassie ellittiche agli infrarossi

Gli scienziati del Naval Research Laboratory hanno risolto un vecchio dilemma riguardante la massa dei raggi infrarossi di galassie brillanti.

Dato che le galassie sono i più grandi oggetti direttamente osservabili nell'universo, imparardo di più circa la loro formazione potremo ottenere la chiave per comprendere il funzionamento dell'Universo.

Il Dr. Barry Rothberg Jacqueline e il dottor Fischer, entrambi dell'Infrared-Submillimeter Astrophysics & Techniques Section in the Remote Sensing Division, per risolvere il problema hanno utilizzato i nuovi dati del telescopio Gemini di 8 metri in Cile, quelli precedentemente ottenuti dal WM Keck-2 di 10 metri e dai telescopi di 2,2 metri dell'Università delle Hawaii, confrontandoli poi con i dati d'archivio dal telescopio spaziale Hubble. I risultati della ricerca sono stati pubblicati sull Astrophysical Journal.

Le galassie si presentano generalmente si presentano in due forme: a spirale, come la nostra Via Lattea, o ellittica, in cui le stelle si muovono in orbite casuali, ci spiega Rothberg. Comprendere la formazione delle galassie più grandi comprendere è fondamentale per capire come l'Universo si è evoluto nel corso degli ultimi 15 miliardi di anni. La teoria classica afferma che le galassie a spirale si fondono tra di loro formano la maggior parte delle galassie ellittiche nell'Universo. Le galassie a spirale contengono significative quantità di gas di idrogeno freddo. Quando si fondono, le spirali vengono distrutte e il gas e le polveri vengono convertite in nuove stelle. La polvere viene riscaldata dalle stelle giovani e irradia energia a lunghezze d'onda infrarosse.

Fino a poco tempo fá gli scienziati pensavano che queste galassie, luminose ai raggi infrarossi, non erano tanto massiccie da poter dar vita a tutte le galassie ellittiche dell'Universo. Il problema sta nel metodo di misurazione della loro massa. Il metodo convenzionale in ambienti particolarmente polverosi IR-brillanti utilizza la luce nel vicino infrarosso per misurare i moti casuali di vecchie stelle. Maggiore è il loro moto casuale, maggiore è anche la massa presente. Usando la luce nel vicino infrarosso è possibile penetrare la polvere e vedere il maggior numero di stelle vecchie possibili.

Tuttavia, si verifica una complicanza quando avviene l'unione delle galassie a spirale, perché la maggior parte del loro gas viene incanalato verso il centro gravitazionale del sistema e forma un disco rotante. Questo disco di gas si trasforma in un disco di giovani stelle che è anche molto luminoso alle lunghezze d'onda del vicino infrarosso. Il disco rotante di stelle giovani, offusca le stelle vecchie e le fa apparire come se fossero molto meno vecchie in moto meno casuale. In contrasto con questo metodo convenzionale, Rothberg e Fischer invece hanno osservato i movimenti casuali di stelle vecchie a lunghezze d'onda in modo efficace utilizzando la polvere a loro vantaggio per bloccare la luce dalle stelle giovani. I loro nuovi risultati hanno mostrato che le stelle vecchie nelle galassie fuse assieme hanno grandi moti casuali, il che significa che diventeranno galassie ellittiche molto massiccie.

Il passo successivo per le ricerche dell'NRL è quello di osservare direttamente i dischi stellari in concentrazioni luminose utilizzando la spettroscopia IR tridimensionale. Ogni pixel rappresenta uno spettro e da questo i ricercatori possono creare delle mappe bidimensionali del moto stellare e della loro età. Questo permetterà loro di misurare le dimensioni, la rotazione, luminosità, la massa e l'età del disco centrale.

Adattato da materiali forniti dal Naval Research Laboratory .

Adattamento a cura di Arthur McPaul

Link: http://www.sciencedaily.com/releases/2010/04/100419173010.htm

Il 90% delle lontane galassie è ancora da scoprire

Grazie a un sondaggio estremamente profondo con due dei telescopi ESO del Very Large Telescope (VLT) e  un filtro costruito su misura, gli astronomi hanno determinato che una larga parte delle galassie vecchie oltre 10 miliardi anni, sono ancora da scoprire.

Gli astronomi utilizzano spesso la forte "impronta digitale" della luce emessa dall'idrogeno nota come "linea Lyman-alpha" per sondare la quantità di stelle formate nel lontano Universo. Eppure ci sono stati forti sospetti che molte galassie lontane passino inosservate in queste indagini. Un nuovo sondaggio del VLT dimostra per la prima volta che questo è esattamente ciò che sta accadendo. La maggior parte della "luce Lyman-alpha" è intrappolata all'interno della galassia che la emette, e il 90% delle galassie non si presentano nelle indagini Lyman-alpha.

"Gli astronomi hanno sempre saputo che erano scomparse alcune frazioni di galassie nelle indagini Lyman-alpha", spiega Matthew Hayes, l'autore principale del documento, pubblicato su Nature, "ma per la prima volta ora abbiamo una misurazione." Il numero di galassie mancati è sostanziale. "

Per capire a quanto ammonta la luminosità mancante, Hayes e il suo team hanno usato la macchina fotografica FORS del VLT e un filtro a banda stretta, per misurare la luce Lyman-alpha, secondo la metodologia standard. Quindi, utilizzando la nuova telecamera HAWK-I, collegata ad un'altra unità del VLT, hanno la stessa area di indagine dello spazio per la luce emessa alla lunghezza d'onda diversa, dell'idrogeno incandescente, nota come la linea H-alfa. Sono state esaminate più galassie la cui luce ha viaggiato per 10 miliardi di anni (redshift 2.2), in una zona ben studiata del cielo, nota come il campo GOODS-South.

"Questa è la prima volta abbiamo osservato una porzione di cielo così profondamente nella linea di assorbimento dell'idrogeno a queste due lunghezze d'onda molto specifiche, rivelandosi cruciale, dice un membro del team Göran Östlin. Il sondaggio è stato molto profondo, e ci ha permesso di scoprire alcune delle più deboli galassie conosciute in questa epoca primordiale nella vita dell'Universo. Gli astronomi hanno potuto così concludere che i sondaggi tradizionali fatti con la linea Lyman-alpha vedono solo una piccola parte della luce totale che viene prodotta, poiché la maggior parte dei fotoni Lyman-alfa vengono distrutti per interazione con le nubi interstellari di gas e polvere. Questo effetto è drammaticamente più significativo per la Lyman-alfa che per la luce H-alfa. Come risultato, molte galassie, con una drammatica proporzione del 90%, risulterebbero invisibili a queste indagini. "Ogni dieci galassie osservate, ce ne potrebbeeo essere un centinaio nascoste", dice Hayes.

Con diversi metodi di osservazione, l'ampiezza della luce emessa a diverse lunghezze d'onda, ci porta sempre a una visione dell'universo che è solo parzialmente completa. I risultati di questa indagine pongono un severo avvertimento per i cosmologi, in quanto la traccia della luce Lyman-alfa diventa sempre più invocata in sede di esame delle galassie molto primordiali dell'Universo. "Ora che sappiamo la quantità di luce che manca all'appello, potremo iniziare a creare rappresentazioni molto più accurate del cosmo, comprendendo meglio quanto velocemente le stelle si sono formate in tempi diversi nella vita dell'Universo", dice il co-autore Miguel Mas-Hesse.

La svolta è stata possibile grazie alla fotocamera  HAWK-I, all'attivo dal 2007, che rappresenta uno degli strumenti d'avanguardia. "Ci sono poche altre fotocamere con un campo di visione più ampio di HAWK-I, e sono su telescopi dal diametro speculare meno della metà delle dimensioni del VLT. Così solo VLT / HAWK-I, in realtà, è in grado di trovare in modo efficace queste deboli galassie a queste distanze ", afferma un membro del team Daniel Schaerer.

traduzione a cura di Arthur McPaul

Fonte: http://www.sciencedaily.com/releases/2010/03/100324142004.htm