Dagli Anelli Sorsero I Satelliti Dei Pianeti

Due ricercatori francesi hanno recentemente proposto il primo modello che spiega come mai la maggior parte dei satelliti regolari nel nostro Sistema Solare si sono formati sopra anelli del pianeta. Il modello, unico nel suo genere, è stato testato nel 2010 per le lune di Saturno. Sembrerebbe spiegare la distribuzione attuale dei pianeti "giganti" e spiega anche come i satelliti dei pianeti "terrestri", come la Terra o Plutone siano venuti in essere. Questi risultati rappresentano un importante passo avanti per spiegare la formazione dei sistemi planetari in tutto l'Universo.

C'è una differenza fondamentale tra sistemi planetari giganti, come Giove e Saturno e quelli terrestri come la Terra o Plutone. Considerando che i giganti sono circondati da anelli e da una miriade di piccoli satelliti naturali, i pianeti terrestri hanno poche lune, o una sola e sono senza anelli.

Fino ad ora, due modelli sono stati comunemente usati per spiegare la presenza dei satelliti regolari nel nostro sistema solare. Questi indicano che i satelliti dei pianeti terrestri come la Terra e Plutone si sono formati a seguito di una collisione. Essi indicano inoltre che i satelliti dei pianeti giganti si sono formati in una nebulosa che circondava il pianeta. Non riescono tuttavia a soiegare la distribuzione specifica e la composizione chimica dei satelliti in orbita dei pianeti giganti. Un'altra teoria quindi sembrava necessaria.

Nel 2010 e nel 2011, un gruppo di ricercatori francesi ha sviluppato un nuovo modello per descrivere come le lune di Saturno siano firmate sulla base di simulazioni numeriche e dati provenienti della sonda Cassini della NASA. I ricercatori hanno scoperto che gli anelli di Saturno, che sono costituiti da blocchi molto sottili di ghiaccio che circondano il pianeta, avrebbero a loro volta dato luce anche ai satelliti di ghiaccio. Ciò è dovuto al fatto che gli anelli scaglionati nel tempo, quando raggiungono una certa distanza dal pianeta (noto come limite di Roche o raggio Roche), si agglomerano e formano piccoli corpi che si staccano e si allontanano. Questo è il modo in cui nascono gli anelli e i satelliti in orbita intorno al pianeta.

In questo nuovo studio, il docente di ricerca, Aurélien Crida dall'Università di Nizza Sophia Antipolis e dell'Observatoire de la Côte d'Azur con il collega Sébastien Charnoz dalla Université Paris Diderot e il CEA, hanno messo alla prova il nuovo modello per scoprire se potesse essere esteso ad altri pianeti. I loro calcoli hanno portato alla luce molti fattori importanti. Questo modello di formazione dei satelliti e degli anelli del pianeta spiegherebbe infatti perché i satelliti più grandi si trovino più lontano dal pianeta rispetto a quelli più piccoli. Lo studio indicherebbe anche l'accumulo dei satelliti in prossimità del limite di Roche, il loro "luogo di nascita", sul bordo esterno degli anelli.

Questa distribuzione è in perfetto accordo con il sistema planetario di Saturno. Lo stesso modello può valere anche per i satelliti dei pianeti giganti, Urano e Nettuno, che sono organizzati secondo un sistema simile. Ciò suggerirebbe che questi pianeti un tempo avessero anelli enormi simili a Saturno, che poi sono stati persi per dare alla luce i loro satelliti. Infine, il modello può essere applicato anche alla formazione dei satelliti dei pianeti terrestri. Secondo i calcoli dei ricercatori, esistono casi particolari in cui un singolo satellite può essere formato dall'anello intorno al pianeta. Questo è il caso della Terra e della Luna o di Plutone e Caronte.

Così, questo meccanismo di diffusione planetario da solo potrebbe spiegare come la maggior parte dei satelliti regolari si sono formati nel nostro Sistema Solare.

I risultati di questa ricerca sono stati pubblicati il 30 novembre 2012 su Science.

Traduzione a cura di Arthur McPaul

Fonte:
http://www.sciencedaily.com/releases/2012/12/121204112012.htm

Voyager Raggiunge Una Nuova Regione Ai Confini Remoti Del Sistema Solare

Dopo una lunga attesa, la sonda Voyager 1 è entrata in una nuova regione ai confini del nostro Sistema Solare, l'ultima prima di raggiungere lo spazio interstellare.

Gli scienziati hanno annunciato infatti che questa nuova regione si presenta come una zona magnetica composta da particelle cariche, perché le linee del campo magnetico del nostro Sole sono collegate alle linee del campo magnetico interstellare.
Questo collegamento permette alle particelle cariche di energia inferiore che provengono dalla nostra eliosfera (la bolla di particelle cariche emesse da Sole intorno a sé) di diminuire e consente alle particelle esterne ad alta energia di entrare in questa regione, per cui la particelle cariche rimbalzano in tutte le direzioni, come se intrappolate in flussi all'interno della eliosfera.

Il team di scienziati che segue ed analizza i dati del Voyager, ha pertanto dedotto che questa regione è ancora all'interno della nostra bolla solare perché la direzione delle linee di campo magnetico non sono cambiate. La direzione di queste linee di campo magnetico si prevede che cambierà solo quando Voyager entrerà nello spazio interstellare.
I nuovi risultati sono stati descritti al meeting dell'American Geophysical Union a San Francisco il Lunedi.

"Anche se Voyager 1 è ancora dentro l'ambiente del Sole, essa è giunta in un'area ricca di particrlle esterne", ha detto Edward Stone. "Crediamo che questa sia l'ultima tappa del nostro viaggio prima dello spazio interstellare. La nostra ipotesi migliore è che probabilmente mancano solo pochi mesi o al massimo un paio di anni. La nuova regione non è quello che ci aspettavamo, ma ci si aspetta l'inaspettato da Voyager".

Dal dicembre 2004, quando Voyager 1 attraversó un punto nello spazio chiamato il termination shock, la navicella ha esplorato lo strato esterno dell'eliosfera, chiamata heliosheath. In questa regione, il cui flusso di particelle cariche proviene dal Sole, noto come vento solare, bruscamente rallentó da velocità supersoniche e divenne turbolento. Tale ambiente perduró per circa cinque anni e mezzo. La navicella poi rilevó che la velocità di andata del vento solare era rallentata a zero, mentre l'intensità del campo magnetico inizió ad aumentare.

I dati provenienti dai due strumenti di bordo del Voyager che misurano le particelle cariche, hanno mostrato l'entrata in questa regione magnetica discontinua il 28 luglio 2012. La sonda è poi rientrata stabilmente nella regione il 25 agosto.

"Se giudicassi soltanto i dati sulle particelle cariche, avrei pensato che era al di fuori della eliosfera", ha detto Stamatios Krimigis, ricercatore principale dello strumento a bassa energia di particelle cariche, con sede presso la Johns Hopkins Applied Physics Laboratory, Laurel, Md . "Ma abbiamo bisogno di guardare a ciò che tutti gli strumenti ci dicono e solo il tempo ci dirà se le nostre interpretazioni su questa frontiera sono corrette".

I dati della navicella hanno rivelato che il campo magnetico diventa più forte ogni volta Voyager entra nella regione magnetica, tuttavia, la direzione delle linee di campo magnetico non cambia.
"Siamo in una regione magnetica differente a qualsiasi altra visitata prima, circa 10 volte più intensa rispetto a prima della termination shock, ma i dati del campo magnetico non mostrano alcuna indicazione che siamo nello spazio interstellare", ha detto Leonard Burlaga, un Voyager membro del team magnetometro base della NASA al Goddard Space Flight Center di Greenbelt, nel Maryland.
"I dati del campo magnetico si sono rivelati indispensabili per individuare quando Voyager ha attraversato il termination shock. E ci aspettiamo che questi dati ci dicano anche quando essa raggiungerà lo spazio interstellare".

Voyager 1 e 2 sono state lanciate nel 1977. Hanno visitato Giove, Saturno, Urano e Nettuno. Voyager 1 è il più distante oggetto costruito dall'uomo, a circa 11 miliardi di miglia (18 miliardi km) di distanza dal Sole. Il segnale proveniente da Voyager 1 impiega circa 17 ore per arrivare sulla Terra. Voyager 2, la navicella spaziale più a lungo funzionante in modo continuo, è a circa 9 miliardi di miglia (15 miliardi km) di distanza dal nostro Sole. Mentre Voyager 2 ha visto modifiche simili a quelle viste dal Voyager 1, i cambiamenti sono molto più graduali. Gli scienziati non credono che Voyager 2 abbia raggiunto la zona magnetica.

Le sonda Voyager sono state costruite e continuano ad essere gestite da Jet Laboratory della NASA, a Pasadena, in California Caltech gestisce JPL per la NASA.

Le missioni Voyager sono una parte del NASA's Heliophysics System Observatory, promosso dalla Divisione Eliofisici della direzione Science Mission della NASA a Washington.

Traduzione a cura di Arthur McPaul

Fonte:
http://www.sciencedaily.com/releases/2012/12/121203154500.htm

Un Nuovo Paradigma Spiegherebbe L'Inizio Dell'Universo

Un nuovo paradigma per la comprensione dei primordi della storia dell'Universo è stato sviluppato dagli scienziati della Penn State University.

Utilizzando dei concetti propri della moderna cosmologia quantistica "a loop", hanno esteso la loro ricerca alle grandi strutture che oggi osserviamo che si sono evolute da fluttuazioni fondamentali nella natura essenziale di "spazio-tempo", che esistevano già oltre 14 miliardi di anni fa. La realizzazione prevede anche nuove opportunità per testare le teorie concorrenti della cosmologia che i telescopi di nuova generazione potranno confermare o smentire.

"Noi esseri umani abbiamo sempre desiderato capire di più circa l'origine e l'evoluzione del nostro Universo", ha dichiarato Abhay Ashtekar, autore principale della carta. "É un momento emozionante per il nostro team in questo momento, da quando abbiamo iniziato a utilizzare il nostro nuovo paradigma per capire, più in dettaglio, le dinamiche che la materia e la geometria hanno sperimentato durante le primissime epoche dell'Universo". Ashtekar è titolare della cattedra in Fisica presso la Penn State e direttore dell'Istituto dell'Università per la Gravitazione e il Cosmo. I coautori della carta, insieme a Ashtekar, sono stati i borsisti post-dottorati Agullo Ivan e William Nelson.
Il nuovo paradigma fornisce un quadro concettuale e la matematica per descrivere l'esotica "meccanica quantistica e geometrica dello spazio-tempo" nell'Universo neonato.

Nei primi momenti di vita, con densità inimmaginabili, l'Universo non era governato dalla fisica classica della teoria generale della relatività di Einstein, ma da una teoria ancora più fondamentale che incorpora anche le strane dinamiche della meccanica quantistica.

La densità di materia era enorme, presumibilmente circa 1094 grammi per centimetro cubo, rispetto alla densità di un nucleo atomico oggi, che è solo 10alla14 grammi.
In questo bizzarro ambiente quanto-meccanico, in cui si può parlare solo di probabilità degli eventi, piuttosto che di certezze, le proprietà fisiche erano molto diverse da quelle in cui viviamo oggi. Tra queste differenze, ha detto Ashtekar, il concetto di "tempo", così come le mutevoli dinamiche dei vari sistemi nel tempo, sperimentano il tessuto della geometria quantistica stessa.
Nessun osservatorio spaziale è stato in grado di rilevare tracce di questa epoca remota descritta dal nuovo paradigma. Ma un paio di osservatori si sono avvicinati. La radiazione cosmica di fondo è stata rilevata in un'epoca in cui l'Universo aveva solo 380 mila anni. A quel punto, dopo un periodo di rapida espansione detta "inflazione", l'Universo mutó in una versione diluita della sua precedente super-compressa.

All'inizio dell'inflazione, la densità dell'Universo era un trilione di volte inferiore a quella durante la sua infanzia e i fattori quantistici ora sono molto meno importanti nel governare le grandi dinamiche della materia e della geometria.

Le osservazioni della radiazione cosmica di fondo mostrano che l'Universo aveva una consistenza uniforme prevalentemente dopo il gonfiaggio, ad eccezione di una spruzzata luce di alcune regioni che erano più dense e altre che erano meno dense.
Il paradigma standard dell'inflazione per descrivere l'Universo primordiale, che utilizza le classiche equazioni standard di Einstein, trattano lo spazio-tempo come un continuum liscio.

"Il paradigma inflazionario gode di un notevole successo per spiegare le caratteristiche osservate della radiazione cosmica di fondo. Tuttavia questo modello è incompleto. Mantiene l'idea che l'Universo esplose dal nulla in un Big Bang, che deriva naturalmente dalla incapacità generale della fisica standard di descrivere bene le situazioni estreme della meccanica quantistica", ha detto Agullo. "Abbiamo bisogno di una teoria quantistica della gravità, come la cosmologia quantistica a loop, per andare al di là di Einstein, al fine di catturare la vera fisica vicino all'origine dell'Universo".

All'inizio del lavoro con la fisica quantistica a loop, Ashtekar e colleghi avevano aggiornato il concetto di Big Bang con il concetto intrigante di un Big Bounce, che prevede la possibilità che il nostro Universo non fosse emerso dal nulla, ma da un super-compressa massa di materia che in precedenza aveva aveva una storia a sé stante.

Anche se le condizioni della meccanica quantistica all'inizio dell'Universo fossero molto diverse condizioni dalla fisica classica dopo l'inflazione, la nuova realizzazione dai fisici della Penn State rivela una sorprendente connessione tra i due diversi paradigmi che descrivono queste epoche.

Quando gli scienziati hanno usato il paradigma dell'inflazione con le equazioni di Einstein per modellare l'evoluzione dei semi (le zone sparse in tutta la radiazione cosmica di fondo) hanno scoperto che le irregolarità fungevano da semi che si evolvevano nel corso del tempo negli ammassi di galassie e di altri grandi strutture che vediamo nell'Universo di oggi. Sorprendentemente, quando gli scienziati della Penn State hanno usato il loro nuovo paradigma con le sue equazioni della cosmologia quantistica, hanno scoperto che le fluttuazioni fondamentali nella natura stessa dello spazio al momento del Big Bounce si sono evolute per diventare come le strutture a semi viste nella radiazione cosmica di fondo.
"Il nostro nuovo lavoro mostra che le condizioni iniziali dell'Universo portano alla struttura a larga scala che osserviamo oggi", ha detto Ashtekar. "In termini umani, è come scattare una fotografia di un bambino alla nascita in cui poi siamo in grado di proiettarne un profilo preciso di come sarebbe all'età di 100".

"Questa carta spinge indietro la genesi della struttura cosmica del nostro Universo dall'epoca inflazionistica fino al Big Bounce, che copre circa 11 ordini di grandezza nella densità della materia e della curvatura dello spazio-tempo", ha detto Nelson. "Ora abbiamo ristretto le condizioni iniziali che possono esistere al tempo del Big Bounce, scoprendo che l'evoluzione di tali condizioni iniziali è d'accordo con le osservazioni della radiazione cosmica di fondo".

I risultati del team hanno anche individuato una gamma più ristretta di parametri per i quali il nuovo modello predice nuovi effetti, distinguendolo dall'inflazione standard. Ha detto Ashtekar, "É emozionante che ben presto saremo in grado di verificare le previsioni di queste due diverse teorie contro le future scoperte con le missioni di osservazione di prossima generazione. Tali esperimenti ci aiuteranno molto presto ad avere una comprensione più profonda dell'Universo".

La ricerca è stata sostenuta dalla National Science Foundation e sarà pubblicata l'11 dicembre del 2012 sul Physical Review Letters.

Foto In Alto
L'immagine mostra la potenza dello spettro della "Cosmic microwave background (CMB)" predetto nella "Loop Quantum Cosmology" e nello Scenario Inflazionario Standard.
I due differenti spettri sono contrastati per mostrare il loro andamento in funzione dell'inverso della durata delle onde nelle fluttuazioni delle microonde nello sfondo cosmico. Per molti dei parametri osservabili le onde k sono più grandi di 9 e le due previsioni sono indistinguibili.
(Credit: Image courtesy of Penn State)

Traduzione a cura di Arthur McPaul

Fonte:
http://www.sciencedaily.com/releases/2012/11/121129143452.htm

Disco Di Formazione Planetaria Attorno Ad Una Nana Bruna

Grazie all'Atacama Large Millimeter / submillimetrica Array (ALMA), per la prima volta è stato scoperto che la regione esterna di un disco di polvere che circonda una nana bruna, contiene grani solidi di dimensioni millimetrici, come quelle che si trovano in dischi più densi che circondano le stelle appena nate. La sorprendente scoperta sfida le teorie sulla formazione dei pianeti rocciosi e suggerisce che essi possono essere ancora più comuni del previsto.

I pianeti rocciosi, si ritiene, secondo le teorie più accreditate, che si formano attraverso la collisione casuale e la fusione delle microscopiche particelle di polveri presenti nel disco di materiale attorno ad una stella. Questi piccoli granelli, noti come polvere cosmica, sono simili a fuliggine molto fine. Tuttavia, nelle regioni esterne intorno a un nana bruna, gli astronomi si aspettavano che tali grani non potessero accrescere perché i dischi erano troppo scarsi e le particelle si sarebbero trasferite troppo velocemente per restare insieme dopo la collisione.

"Siamo stati completamente sorpresi di trovare dei grani di dimensioni millimetriche in questo disco piccolo e magro", ha detto Luca Ricci dell'Istituto di Tecnologia della California, Stati Uniti d'America, che ha guidato un team di astronomi con sede negli Stati Uniti, in Europa e Cile. "I Grani solidi di tali dimensioni non dovrebbero essere in grado di formarsi, nelle regioni fredde esterne di un disco attorno ad una nana bruna, ma sembra che lo facciano. Non possiamo essere sicuri se un intero pianeta roccioso potrebbe da ció svilupparsi, ma stiamo assistendo ai primi passi di una teoria che potrebbe essere completamente rivoluzionata", ha detto.

La maggiore risoluzione di ALMA rispetto ai precedenti telescopi ha anche permesso al team di individuare il monossido di carbonio intorno alla nana bruna, la prima volta che il freddo gas molecolare è stato rilevato in un disco. Questa scoperta e che le dimensioni millimetriche dei grani, suggeriscono che il disco è molto più simile a quello attorno a stelle giovani.

Ricci ed i suoi colleghi hanno fatto la loro scoperta con il telescopio parzialmente completato dell'ALMA posto in alta quota nel deserto cileno. ALMA è una crescente collezione di piatti e antenne ad alta precisione, che lavorano insieme come un unico grande telescopio per osservare l'Universo con dettaglio innovativo e grandissima sensibilità. ALMA "vede" l'Universo nei millimetri della lunghezza d'onda della luce, che è invisibile agli occhi umani. Il termine della costruzione di ALMA è prevista per la fine del 2013, ma gli astronomi cominciarono ad utilizzare ALMA parzialmente già nel 2011.

Gli astronomi hanno osservato in questo caso la giovane nana bruna ISO-Oph 102, nota anche come Rho-Oph 102, nella regione di formazione stellare Rho Ophiuchi nella costellazione di Ofiuco (Portatore Serpente). Con circa 60 volte la massa di Giove, ma solo 0,06 volte quella del Sole, la nana bruna ha una massa troppo piccola per innescare le reazioni termonucleari con cui le stelle ordinarie. Tuttavia, emette calore rilasciato dalla sua lenta contrazione gravitazionale e brilla con un colore rossastro, anche se molto meno intensamente di una stella.

ALMA ha raccolto la luce con le lunghezze d'onda di circa un millimetro, emesso da materiale discale riscaldato dalla nana bruna. I grani del disco non emettono radiazioni a lunghezze d'onda molto più a lungo delle proprie dimensioni, quindi una caratteristica drop-off di luminosità può essere misurata a lunghezze d'onda maggiori. ALMA è uno strumento ideale per la misurazione di questo drop-off e quindi per il dimensionamento i grani. Gli astronomi confrontato la luminosità del disco a lunghezze d'onda di 0,89 mm e 3,2 mm. Il calo di luminosità da 0,89 mm a 3,2 millimetri non era così ripido come previsto, dimostrando che almeno alcuni dei granuli sono di un millimetro o più dimensioni.
"ALMA è un nuovo potente strumento per risolvere i misteri della formazione del sistema planetario", ha commentato Leonardo Testi dell'ESO, un membro del team di ricerca.
"Con i telescopi della generazione precedente avremmo avuto bisogno di quasi un mese di osservazione. Utilizzando solo un quarto di ALMA, siamo stati in grado di farlo in meno di un'ora!" ha esclamato.
Nel prossimo futuro, il telescopio completato di ALMA sarà abbastanza potente da rendere le immagini dettagliate dei dischi intorno a Rho-Oph 102 e altri oggetti. Ricci ha spiegato: "Saremo presto in grado non solo di rilevare la presenza di piccole particelle in dischi, ma di mappare il modo in cui sono sparsi in tutto il disco circumstellare e come interagiscono con il gas che abbiamo rilevato anche nel disco. Questo ci aiuterà a capire meglio come i pianeti sono venuti in essere".

Immagine In Alto:
Rappresentazione artistica del disco di polveri attorno a Rho-Oph 102, in attesa di poter vedere le vere immagini, quando il telescopio ALMA sarà completato.

Traduzione a cura di Arthur McPaul

Fonte:
http://www.sciencedaily.com/releases/2012/11/121130095118.htm