Gli astronomi dell’ESO hanno osservato, per la prima volta, in un lontano sistema binario stellare, il destino finale del nostro Sole e della nostra civiltà. Hanno scoperto una struttura a spirale del tutto inaspettata di gas e polveri che circonda l’antica stella R Sculptoris grazie al potente radiotelescopio europeo ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array). Questa è la prima volta che simili gusci sferici esterni vengono trovati intorno a una stella gigante rossa distante circa 1550 anni luce dalla Terra. È anche la prima volta che gli astronomi hanno potuto ottenere misure complete in tre dimensioni di questa incredibile spirale. La strana forma è stata creata probabilmente da una compagna invisibile, forse nascosta in uno dei gusci concentrici, in orbita intorno all’astro morente. Questo è uno dei primi risultati della “Early Science” di Alma, un lavoro presentato nell’articolo “Unexpectedly large mass loss during the thermal pulse cycle of the red giant star R Sculptoris” di Maercker ed altri, che verrà pubblicato sul numero di questa settimana (10 Ottobre 2012) della prestigiosa rivista scientifica internazionale “Nature”. Se questi sono i dati preliminari, immaginate dove ci condurrà il totale dispiegamento della batteria di antenne di Alma in Cile. Ciò che sorprende della struttura a spirale del gas attorno a R Sculptoris, è la probabile compagna che prima non era stata mai individuata, in orbita intorno alla stella. R Sculptoris è un esempio di stella AGB (Asymptotic Giant Branch) variabile semiregolare. Si tratta di astri con masse iniziali comprese tra 0,8 e 8 masse solari nelle ultime fasi di vita. Sono giganti rosse fredde caratterizzate da grandi perdite di massa sotto forma di forti venti stellari, tipicamente variabili di lungo periodo. In passato erano state osservare cadute di luminosità pari a 9.90 magnitudini in 370 giorni. La loro struttura è costituita da un minuscolo nucleo di carbonio e ossigeno circondato da un guscio di elio e idrogeno in combustione e, quindi, da un inviluppo convettivo enorme. Il Sole, al termine della sua vita, tra pochi miliardi di anni, evolverà in una stella AGB, secondo gli astronomi. Il guscio eiettato intorno alle stelle AGB è composto da grani di polvere e da gas. I grani di polvere possono essere individuati con la ricerca di emissione termica nel lontano infrarosso fino alle lunghezze d’onda millimetriche. A lunghezze d’onda millimetriche (345 GigaHerz) l’emissione della molecola CO permette agli astronomi di ottenere mappe ad alta risoluzione dell’emissione del gas prodotta dal forte vento stellare generato dalle stelle AGB. Queste osservazioni sono anche eccellenti traccianti della distribuzione del gas attorno a questi oggetti. L’elevata sensibilità del radiotelescopio Alma permette di costruire direttamente una mappa della zona di condensazione della polvere e di fotografare la struttura del materiale intorno alle stelle AGB, mostrando dettagli di dimensioni inferiori a 0,1 secondo d’arco. Una spirale simile, ma senza il guscio esterno, è stata vista nelle osservazioni della stella LL Pegasi dal Telescopio Spaziale Hubble della Nasa/Esa. Ma, a differenza delle nuove osservazioni Alma, questi dati non consentivano di studiare la completa struttura tridimensionale dell’astro. Le osservazioni di Hubble rivelano la polvere, mentre Alma 
vede l’emissione molecolare. Stelle binare non visibili sono state suggerite come spiegazione per le strane forme osservate nelle nebulose planetarie. Dopo la fase di AGB, stelle di massa intermedia o piccola (0,8 – 8 masse solari) concluderanno la loro esistenza formando una nebulosa planetaria. Si tratta dei resti ardenti dell’inviluppo stellare di gas espulso durante la fase AGB, ionizzato dalla radiazione ultravioletta emessa dalla stella centrale. Molte nebulose planetarie hanno morfologie estremamente complesse ed eterogenee. Stelle binarie centrali, dischi stellari e campi magnetici sono stati proposti come meccanismo per produrre una tale varietà di forme. Gli astronomi hanno verificato con sorpresa che molto più materiale del previsto era stato espulso dalla gigante rossa R Sculptoris. “Abbiamo già visto dei gusci di materiale intorno a questo tipo di stelle – rivela Matthias Maercker (ESO e Argelander Institute for Astronomy, Università di Bonn, Germania) l’autore principale della ricerca – ma questa è la prima volta che troviamo una spirale di materia che esce dalla stella, oltre al guscio esterno”. Poichè espellono grandi quantità di materia, le giganti rosse come R Sculptoris sono tra i principali produttori di quella polvere e quel gas che rappresentano la maggior parte della materia prima che formerà le future generazioni di stelle, di sistemi planetari e successivamente gli esseri viventi. Anche nella fase Early Science, quando queste nuove osservazioni sono state condotte, Alma era molto più potente degli altri osservatori submillimetrici. Alcune osservazioni precedenti avevano mostrato chiaramente un guscio sferico intorno a R Sculptoris ma né la struttura a spirale né la stella compagna erano mai state viste prima. “Quando abbiamo osservato questa stella con Alma nemmeno metà delle antenne erano in funzione – fa notare Wouter Vlemmings (Chalmers University of Technology, Svezia) co-autore della ricerca – è veramente emozionante immaginare cosa l’intera schiera di antenne di Alma potrà fare una volta completata nel 2013”. Nell’ultima fase della loro vita, le stelle di massa fino a otto volte quella del Sole perdono grandi quantità di massa in un denso vento stellare capace di spazzare via qualsiasi civiltà extraterrestre aliena residente nel sistema. Durante la fase di gigante rossa, le stelle mostrano periodicamente pulsazioni termiche, brevi fasi in cui uno strato di elio intorno al nucleo della stella brucia in modo esplosivo. L’impulso termico spinge il materiale fuori dalla stella ad un tasso molto più elevato producendo un grande guscio di gas e polvere intorno alla stella. Dopo l’impulso il tasso a cui la stella perde massa, torna al valore normale. Gli impulsi termici si verificano ogni 10mila-50mila anni e durano solo poche centinaia d’anni. Le nuove osservazioni di R Sculptoris mostrano che l’ultimo impulso termico è avvenuto circa 1800 anni fa ed è durato circa 200 anni. La stella compagna ha modellato la struttura a spirale nel vento di R Sculptoris. “Sfruttando la capacità di Alma di vedere fini dettagli – spiega Maercker – possiamo capire molto meglio cosa succede alla stella prima, durante e dopo l’impulso termico, studiando la forma del guscio esterno e della struttura a spirale. Ci aspettavamo che Alma ci fornisse una nuova visione sull’Universo, ma aver già scoperto nuove cose inaspettate, in una delle prime osservazioni, è veramente emozionante”. Per spiegare le strutture osservate intorno a R Sculptoris, l’equipe di astronomi dell’Eso ha eseguito delle simulazioni al computer per seguire l’evoluzione di un sistema binario. Il modello proposto è costituito da una stella primaria AGB che passa attraverso una fase di impulso termico e una piccola stella compagna. La separazione tra le stelle utilizzate nella simulazione è di 60 Unità Astronomiche, con una massa totale del sistema di due masse solari. Il periodo orbitale è di 350 anni. Questi modelli, secondo i ricercatori dell’Eso, descrivono molto bene le osservazioni di Alma. “È una vera sfida descrivere con una teoria tutti i dettagli osservativi visti da Alma ma – rivela Shazrene Mohamed (Argelander Institute for Astronomy, Bonn, Germania e South African Astronomical Observatory) co-autrice dello studio – i nostri modelli numerici mostrano che siamo sulla strada giusta. Alma ci dà una nuova conoscenza di quel che accade in queste stelle e di che cosa potrebbe succedere al Sole tra qualche miliardo di anni”. Allora la vita sulla Terra scomparirà per sempre. “Nel prossimo futuro le osservazioni con Alma di stelle come R Sculptoris – spiega Matthias Maercker – ci aiuteranno a capire come gli elementi di cui siamo fatti hanno raggiunto luoghi come la Terra. Ci daranno anche un’idea di quello che potrà essere il lontano futuro della nostra stella”. E della nostra civiltà se non riusciremo ad inventare il volo interstellare. L’equipe è composta da M. Maercker (ESO; Argelander Institute for Astronomy, University of Bonn, Germania), S. Mohamed (Argelander Institute for Astronomy; South African Astronomical Observatory, Sud Africa), W. H. T. Vlemmings (Onsala Space Observatory, Chalmers University of Technology, Onsala, Svezia), S. Ramstedt (Argelander Institute), M. A. T. Groenewegen (Royal Observatory of Belgium, Brussels, Belgio), E. Humphreys (ESO), F. Kerschbaum (Department of Astronomy, University of Vienna, Austria), M. Lindqvist (Onsala Space Observatory), H. Olofsson (Onsala Space Observatory), C. Paladini (Department of Astronomy, University of Vienna, Austria), M. Wittkowski (ESO), I. de Gregorio-Monsalvo (Joint ALMA Observatory, Cile) and L. A. Nyman (Joint ALMA Observatory). L’Osservatorio astronomico internazionale ALMA verrà inaugurato ufficialmente il 13 Marzo 2013. È frutto di una collaborazione fra l’Europa, il Nord America e l’Asia Orientale, in cooperazione con la Repubblica del Cile. In Europa, ALMA è finanziata dall’ESO, in Nord America dalla U.S. National Science Foundation (NSF), in cooperazione con il National Research Council del Canada (NRC) e il National Science Council di Taiwan (NSC) e in Asia Orientale dagli Istituti Nazionali di Scienze Naturali del Giappone (NINS), in cooperazione con l’Accademia Sinica di Taiwan (AS). La costruzione e la gestione di ALMA sono condotte dall’ESO per conto dell’Europa, dall’Osservatorio Nazionale di Radio Astronomia (NRAO) gestito dalle Associated Universities, Inc. (AUI) per conto del Nord America e dall’Osservatorio Astronomico Nazionale del Giappone (NAOJ) per conto dell’Asia Orientale. L’osservatorio congiunto di ALMA (JAO: Joint ALMA Observatory) fornisce la guida unitaria e la gestione della costruzione, del commissioning e delle operazioni di ALMA. Che dal 2013 sarà un unico telescopio formato da 66 antenne di alta precisione. Pare ragionevole pensare che l’acqua sia un elemento molto comune nell’Universo. Perché c’è tanta acqua nella nube proto-stellare L1544 situata in direzione della costellazione del Toro. A rivelare la presenza di questo elemento fondamentale per lo sviluppo di forme di vita, per la prima volta osservato anche sotto forma di vapore in quella che può essere considerata la “culla” di una nuova stella e di un futuro sistema planetario alieno, è stato lo studio condotto da un team di ricercatori guidato da Paola Caselli dell’Università di Leeds e associata INAF a cui partecipano Claudio Codella dell’INAF-Osservatorio Astrofisico di Arcetri e Brunella Nisini dell’INAF-Osservatorio Astronomico di Roma. Determinanti per la scoperta sono state le osservazioni condotte dal satellite Herschel Space Observatory dell’Agenzia spaziale europea (ESA) e dal suo spettrometro HIFI (Heterodyne Instrument for the Far-Infrared spectrometer). Gli astronomi avevano finora tentato inutilmente di misurare l’abbondanza dell’acqua nelle nubi proto-stellari. Solo l’attivazione del Telescopio Spaziale Herschel, lanciato nel 2009, ha permesso finalmente di rivelarne la presenza in quelle regioni dove si stanno formando nuovi astri. “Il motivo di questa difficoltà è che l’interno delle nubi pre-stellari è troppo freddo perché l’acqua sia in forma di vapore e possa essere osservata – rivela Claudio Codella – infatti riteniamo che la maggior parte dell’acqua sia congelata sulla superficie dei grani di polvere che compongono le nubi, ricoprendoli con spessi mantelli di ghiaccio, dove anche altre molecole organiche (pre-biotiche) si formano e rimangono intrappolate. Questi grani di polvere sono i costituenti principali delle future comete, asteroidi, lune e pianeti”. Stelle come il nostro Sole formano all’interno di nubi molecolari dense composte di gas e fini grani di polvere circa mille volte più piccoli delle particelle di sabbia. Queste nubi proto-stellari appaiono come macchie scure in immagini ottiche del cielo, poiché assorbono tutta la luce visibile delle stelle che coprono. Le nubi sono molto fredde, si trovano infatti a circa meno 263 gradi Celsius, vicinissime allo Zero Assoluto, e contengono tutti gli ingredienti per formare una stella e un sistema planetario come il nostro. Rappresentano il “cocktail” di partenza di tutto il processo della formazione di stelle e pianeti, per cui possono fornire informazioni fondamentali sulle nostre origini, meglio dell’astronave Prometheus. È estremamente importante studiare la loro composizione chimica ed in particolare la quantità dell’ingrediente cruciale per la vita: l’acqua. Le misure del telescopio orbitale Herschel non sono solo riuscite a individuare la presenza di acqua in L1544, ma sono così accurate da aver permesso agli scienziati di dare una stima affidabile della sua abbondanza. “Grazie allo strumento HIFI a bordo di Herschel, il vapor d’acqua è stato finalmente non solo rivelato in una nube pre-stellare, ma addirittura quantificato – rivela Brunella Nisini – la massa totale di vapor d’acqua individuata il L1544 è corrispondente a circa 2000 oceani terrestri, mentre è presente una ben più grande riserva di acqua ghiacciata, corrispondente a circa 2,6 masse di Giove. Questo valore è stato stimato in base a modelli chimici che riproducono la quantità di vapor d’acqua osservato”. HIFI ha identificato nello spettro della radiazione infrarossa proveniente da L1544, una riga prodotta dall’acqua sia in emissione sia in assorbimento, con un profilo che indica che il collasso gravitazionale della nube è appena iniziato: le molecole d’acqua osservate stanno muovendosi verso il centro della nube, la culla della futura stella. “Per mantenere l’acqua in forma di vapore nel centro freddo e denso della nube, è necessaria la presenza di particelle energetiche (raggi cosmici Galattici) – spiega Paola Caselli a capo del lavoro i cui risultati sono in corso di pubblicazione sulla rivista “The Astrophysical Journal Letters” – i raggi cosmici entrano nella nube, collidono con l’idrogeno molecolare, ovvero l’ingrediente gassoso più abbondante, il quale a sua volta produce una debole luce ultravioletta. Questa illumina i mantelli ghiacciati della polvere, liberando le molecole dell’acqua e mantenendo il vapor d’acqua ad un livello che solo Herschel è in grado di rivelare”. I risultati ottenuti con le misure del telescopio spaziale Herschel rivelano la stretta connessione tra polvere e gas in una nube, appena prima la formazione di una stella e forniscono la prima osservazione dell’abbondanza di acqua all’interno di una nube genitrice di una futura stella come il nostro Sole e del suo potenziale sistema planetario. Queste fondamentali osservazioni sono tutte italiane, in quanto sono state ottenute utilizzando il tempo garantito italiano dello strumento HIFI di Herschel, ricevuto per il coinvolgimento dell’Italia nella costruzione dello strumento. HIFI è stato progettato e costruito da un consorzio di agenzie, istituti di ricerca e dipartimenti universitari europei, canadesi e americani. Per l’Italia ha partecipato l’Agenzia Spaziale Italiana, l’INAF-IFSI e l’INAF-Osservatorio Astrofisico di Arcetri. Dal 5 Ottobre 2012 l’European Southern Observatory (ESO) festeggia i 50 anni dalla firma della convenzione istitutiva. Nell’ultimo mezzo secolo l’Eso è divenuto l’Osservatorio astronomico da terra più produttivo al mondo. Per la prima volta in assoluto sono state eseguite con il Very Large Telescope osservazioni di un oggetto scelto dal pubblico. La vincitrice di un concorso per il 50esimo 
anniversario dell’Eso, ha puntato il VLT verso la spettacolare Nebulosa “Elmetto di Thor” e le osservazioni sono state trasmesse in diretta su Internet. Per l’occasione l’Eso e i suoi partner stanno organizzando molte altre attività nei 15 Stati Membri dell’Eso. La firma della Convenzione e la fondazione dell’Eso il 5 ottobre 1962 sono stati il culmine del sogno dei astronomi più importanti di cinque paesi europei (Belgio, Francia, Germania, Olanda e Svezia) che, molti anni prima dell’Euro e dell’Unione Europea economica e politica, prodromica alla fondazione degli Stati Uniti d’Europa, avevano deciso di unire le forze con l’obiettivo primario di costruire un grande telescopio che avrebbe dato loro accesso al cielo australe, ricco e magnifico. “Cinquant’anni dopo, le speranze originali dei cinque membri fondatori non sono solo diventate realtà ma sono anche state notevolmente superate perché l’Eso – fa notare Tim de Zeeuw, Direttore Generale dell’Osservatorio europeo australe – ha raccolto la sfida della missione di progettare costruire e gestire le strutture osservative da terra più potenti di tutto il pianeta”. L’Eso, con la gestione di tre siti osservativi di livello mondiale in Cile, unici al mondo (La Silla, Paranal e Chajnantor) è divenuta una istituzione leader nella comunità astronomica internazionale. Sul Paranal l’Eso gestisce il Very Large Telescope, l’Osservatorio astronomico in luce visibile più avanzato al mondo che, fin dalla prima luce nel 1998, è stato una forza trainante per una nuova era di scoperte. Sulla piana di Chajnantor, nel nord del Cile, l’Eso e i suoi partner internazionali stanno costruendo l’Atacama Large Millimiter/submillimeter Array che contribuirà a svelare i misteri dell’Universo freddo. Il primo osservatorio dell’ESO a La Silla è ancora molto produttivo e rimane in prima linea nella ricerca astronomica. In particolare lo strumento HARPS, montato sul telescopio da 3,6 metri, è il più efficiente cacciatore di esopianeti alieni al mondo. Il prossimo gigantesco telescopio dell’Eso è già visibile all’orizzonte. L’European Extremely Large Telescope di 39 metri di diametro diventerà “il più grande occhio del mondo rivolto al cielo”. L’E-ELT, con la prima luce prevista per l’inizio del prossimo decennio, affronterà le più grandi sfide scientifiche del nostro tempo e potrebbe rivoluzionare la nostra percezione dell’Universo. Come fece il telescopio di Galilei 400 anni fa. Come parte delle celebrazioni del 50esimo anniversario, per la prima volta in assoluto, il VLT è stato puntato verso un oggetto nel cielo scelto dal pubblico: la Nebulosa Elmetto di Thor. Nota anche come NGC 2359, è un’incubatrice stellare nella costellazione del Cane Maggiore. La nebulosa a forma di elmetto si trova a circa 15mila anni luce di distanza dalla Terra, ed è grande oltre 30 anni luce. L’elmetto è una bolla cosmica gonfiata dal vento prodotto dalla stella brillante e massiccia che si trova nel centro, che spazza via la nube molecolare circostante. Il gas incandescente è riscaldato dalla radiazione energetica prodotta dalla stella centrale. Nella nuova immagine elaborata dagli astronomi dell’Eso sono anche visibili molti colori diversi, provenienti da vari elementi presenti nel gas, così come molte nubi di polvere. Questa nebulosa è stata scelta nel recente concorso “Scegli cosa far osservare al VLT”. Le osservazioni sono state eseguite da Brigitte Bailleul, vincitrice del concorso “Un tweet per il VLT!”, e sono state trasmesse in diretta su Internet dall’Osservatorio del Paranal. L’immagine, grazie alle eccellenti condizioni osservative tipiche dell’Osservatorio VLT, è la più dettagliata mai ottenuta per questo oggetto suggestivo. “Con il VLT, ALMA e il futuro E-ELT – rivela Tim de Zeeuw – l’Eso sta entrando in una nuova era, che nemmeno i più audaci sogni dei membri fondatori potevano prevedere. A tutti voi che l’avete reso possibile, un sentito Grazie da parte dell’Eso!”.
Nicola Facciolini
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