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Telescopio Roman della NASA utilizza stelle esplose per svelare segreti cosmici

Il telescopio spaziale Nancy Grace Roman, della NASA, osserverà migliaia di stelle che stanno per esplodere, in particolare le supernove, analizzando dei vasti tratti di tempo e spazio. 

Gli astronomi, utilizzando queste osservazioni, cercheranno di far luce su diversi misteri cosmici. In questo modo potranno fornire una finestra sia sul passato che sul presente dell’universo.

L’indagine che verrà effettuata dal telescopio Roman sulla supernova agevolerà la comprensione delle misurazioni, che risultano essere contrastanti, sulla velocità con cui l’universo si sta attualmente espandendo. Inoltre, fornirà anche un nuovo modo per sondare la distribuzione della materia oscura, rilevabile solamente attraverso i suoi effetti gravitazionali.

Uno degli obiettivi scientifici primari della missione consiste nell’utilizzare le supernove per riuscire a definire la natura dell’energia oscura, l’inspiegabile pressione cosmica che sta accelerando l’espansione dell’universo.

Telescopio Roman della NASA per svelare grandi misteri dello spazio

Jason Rhodes, ricercatore senior presso il Jet Propulsion Laboratory, della NASA nel sud della California, ha spiegato che: “L’energia oscura costituisce la maggior parte del cosmo, ma in realtà non sappiamo cosa sia. Roman, restringendo le possibili spiegazioni, potrebbe rivoluzionare la nostra comprensione dell’universo. L’energia oscura è solo uno dei tanti argomenti che la missione esplorerà”.

Roman utilizzerà vari metodi per poter indagare l’energia oscura. Uno di questi in particolar modo riguarda il rilevamento di un tipo di stella che esplode, la cosiddetta supernova di tipo Ia.

Video:

Molte supernove si creano quando delle stelle massicce esauriscono il loro carburante, arrivando così a collassare molto rapidamente sotto il loro stesso peso. A causa di forti onde d’urto che fuoriescono dal loro interno, finiscono poi per esplodere. 

Queste supernove, presenti nella nostra galassia, la via Lattea, si formano circa una volta ogni 50 anni. Alcune prove mostrano che le supernove di tipo Ia, provengono da alcuni sistemi stellari binari, che contengono al loro interno almeno una nana bianca, ossia un piccolo nucleo caldo residuo di una stella molto simile al Sole.

Le supernove Ia

Le supernove di tipo Ia risultano essere molto più rare delle altre tipologie. Infatti, si formano all’incirca una volta ogni 500 anni nella Via Lattea.

Gli astronomi hanno anche individuato prove a sostegno di un altra ipotesi, che coinvolge due nane bianche che si muovono a spirale l’una verso l’altra fino ad arrivare a fondersi insieme. Se la loro massa combinata insieme risultasse abbastanza alta da causare instabilità, anche loro potrebbero creare una supernova di tipo Ia.

Gli scienziati, grazie all’emissione di luce delle supernove Ia, sono in grado attraverso una semplice formula di quantificare la loro distanza. Quindi, gli astronomi riescono a determinare la distanza delle supernove misurando semplicemente la loro luminosità.

Gli astronomi utilizzeranno Roman anche per analizzare la luce di queste tipologia di supernove, cercando così di scoprire quanto velocemente sembrano allontanarsi da noi. 

Gli scienziati, attraverso il confronto della velocità con cui si allontanano a distanze diverse, potranno tracciare l’espansione cosmica nel tempo. Questo ci aiuterà a comprender se e in quale modo l’energia oscura è cambiata nel corso della storia dell’universo.

Daniel Scolnic, assistente professore di fisica alla Duke University, di Durham, nella Carolina del Nord, che sta aiutando a progettare l’indagine sulle supernove di Roman, ha spiegato che: “Gli scienziati, alla fine degli anni ’90, hanno scoperto che l’espansione dell’universo stava accelerando utilizzando dozzine di supernove di tipo Ia”.

Daniel Scolnic, continua dichiarando che: “Roman li individuerà a migliaia, ma soprattutto molto più lontano rispetto alla maggior parte di quelli che abbiamo osservato fin’ora”.

Questa illustrazione mostra una nana bianca che accumula materia da una stella compagna. Una volta che la nana bianca raggiunge uno specifico punto di ribaltamento della massa, esplode come una supernova di tipo Ia

Telescopio Roman: le indagini

Le precedenti indagini effettuate sulle supernove di tipo Ia, si sono concentrate sull’universo relativamente vicino, soprattutto a causa dei limiti degli strumenti utilizzati.

La visione a infrarossi di Roman, il gigantesco campo visivo e la squisita sensibilità potranno estendere notevolmente la ricerca, consentendo così agli astronomi di individuare migliaia di supernove di tipo Ia più distanti.

La missione analizzerà in dettaglio l’influenza che l’energia oscura ha avuto su metà della storia dell’universo. Il periodo che verrà analizzato quindi sarà compreso tra i 4 e i 12 miliardi di anni. 

L’esplorazione di questa regione, che fino adesso non è stata analizzata, aiuterà gli scienziati ad aggiungere dei pezzi cruciali al puzzle dell’energia oscura. Daniel Scolnic, ha spiegato che: “Le supernove di tipo Ia sono tra le più importanti sonde cosmologiche che abbiamo. Purtroppo però sono molto difficili da vedere quando sono lontane. Per questo abbiamo bisogno di misurazioni estremamente precise e di uno strumento incredibilmente stabile. E questo è esattamente ciò che fornirà Roman“.

Hubbub la costante di Hubble

Le osservazioni di supernova di tipo Ia di Roman, oltre a riuscire a fornire un controllo incrociato con le altre indagini effettuate sull’energia oscura della missione, potrebbero anche aiutare gli astronomi ad esaminare un altro mistero. Queste sono le discrepanze che continuano a comparire nelle misurazioni della costante di Hubble. Quest’ultima descrive la velocità con cui l’universo si sta attualmente espandendo.

Le previsioni basate sui primi dati dell’universo, risalenti a circa 380.000 anni dopo il big bang, indicano che il cosmo dovrebbe attualmente espandersi ad una velocità di circa 67 chilometri al secondo per ogni megaparsec di distanza. Per comprendere meglio un megaparsec corrisponde a circa 3,26 milioni di anni luce.

In realtà le misurazioni dell’universo moderno indicano un’espansione molto più rapida, compresa tra i 70 e i 76 chilometri al secondo per megaparsec. Roman avrà il compito di esplorare differenti potenziali fonti di queste discrepanze. 

La missione avrà come scopo quello di rivelare in quale modo le caratteristiche delle supernove di tipo Ia, cambiano col tempo. Questo sarà possibile grazie alla vasta portata che il telescopio possiede sulla storia cosmica. Inoltre, Roman dovrà individuare le esplosioni in varie località nelle galassie ospitanti, il che potrebbe offrire indizi su come l’ambiente di una supernova altera la sua esplosione.

Telescopio Roman: Illuminare la materia oscura

Un team guidato da Zhongxu Zhai, un ricercatore post-dottorato associato al Caltech/IPAC a Pasadena, in California, in un documento del 2020 ha dimostrato che gli astronomi saranno in grado di raccogliere ancora più informazioni cosmiche dalle osservazioni di Roman sulle supernova.

Yun Wang, ricercatore senior presso Caltech/IPAC e coautore dello studio, ha spiegato che: “Roman dovrà osservare attraverso delle enormi distese dell’universo per riuscire a individuare delle supernove lontane. Abbiamo dimostrato che possiamo imparare molto sulla struttura dell’universo analizzando in quale modo la luce delle supernove di tipo Ia è stata piegata mentre viaggiava oltre la materia intermedia”.

Qualsiasi cosa abbia una massa riesce a deformare il tessuto dello spazio-tempo. La luce viaggia in linea retta, ma se lo spazio-tempo è piegato, cosa che accade vicino agli oggetti massicci, la luce viene curvata. Quando osserviamo le supernove distanti di tipo Ia, lo spazio-tempo deformato attorno alla materia intermedia, come nel caso di singole galassie o di ammassi di materia oscura, può ingrandire la luce dell’esplosione più distante.

Conclusioni

Gli scienziati, analizzando questa luce ingrandita, avranno un nuovo metodo per sondare in quale modo la materia oscura è raggruppata in tutto l’universo. Poter apprendere, in modo più completo, la materia che compone il cosmo, potrà aiutare gli scienziati a perfezionare il loro modello teorico per quanto riguarda l’evoluzione dell’universo.

La missione fornirà un’infinità di dati agli astronomi, che da tempo cercano di risolvere questi e altri quesiti riguardanti l’espansione dell’universo e la materia oscura. Roman, grazie alle sue capacità di riuscire a risolvere i misteri cosmici, diverrà uno degli strumenti più importanti per studiare l’universo mai costruito fin’ora.

Fonte:

https://www.nasa.gov/feature/goddard/2021/nasa-s-roman-mission-to-probe-cosmic-secrets-using-exploding-stars

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