Hitomi

L’immagine mostra l’ammasso di galassie Perseo osservato da Chandra con sovraimpresse le zone osservate da Hitomi. I diversi colori corrispondono alle diverse velocità del plasma contenuto nell’ammasso. Credits: NASA Goddard and NASA/CXC/SAO/E. Bulbul, et al.

Torniamo a parlare di ASTRO-H, la missione realizzata dalla JAXA in collaborazione con NASA ed ESA dedicata allo studio delle sorgenti celesti che emettono raggi X.

Ribattezzato Hitomi – “pupilla dell’occhio” – subito dopo il lancio, questo satellite si proponeva di offrire un nuovo sguardo sull’universo alle alte energie, ma sfortunatamente aveva smesso di funzionare correttamente circa un mese dopo il lancio. Ma nonostante una vita piuttosto breve, Hitomi è riuscito a mandarci dei dati meravigliosi, che aprono nuovi scenari sulla comprensione del cosmo. “Come una porta che viene aperta un poco, e ci fa vedere un nuovo panorama, per poi vedersela sbattere in faccia di nuovo” – ha sintetizzato amaramente Andrew Fabian, uno degli astronomi di Hitomi, che lavora a Cambridge, in Inghilterra, nel commentare i risultati scientifici presentati in questi giorni.

Lo scorso marzo il satellite aveva purtroppo smesso di comunicare con la stazione di terra ed era stata osservata una divisione in diversi frammenti, alcuni piuttosto grandi, che ruotavano molto velocemente. Si era pensato inizialmente a un malfunzionamento del sistema di raffreddamento del microcalorimetro SXS, in particolare a una perdita di liquido refrigerante, oppure all’esplosione di una batteria, eventi che avrebbero spiegato la suddivisione in frammenti. Invece, come poi è stato determinato al termine di una lunga indagine da parte della JAXA, una catena di grossolani errori nella gestione del satellite aveva fatto sì che fosse implementato un errore nel software che gestiva il controllo di assetto e controreazione: in pratrica, avevano invertito il segno di un parametro. Un errore piccolo che ha avuto però conseguenze catastrofiche perché, anziché impedire al satellite di effettuare movimenti anomali, lo ha indotto invece in una rapida rotazione, in seguito a una manovra di puntamento verso un oggetto celeste. Rotazione troppo rapida che ha causato la distruzione del satellite. Sicuramente è un peccato perdere un satellite così, però a voler vedere il bicchiere mezzo pieno il microcalorimetro non è stata la causa del malfunzionamento: questo è importante in vista delle missioni future soprattutto perché SXS e il suo sistema di raffreddamento hanno dimostrato di funzionare perfettamente nello spazio. A riprova di questo fatto, gli scienziati del team di Hitomi hanno pubblicato recentemente su Nature i risultati delle osservazioni di Perseo effettuate giusto poco prima del patatrac. Osservazioni che in ottica della missione erano state fatte solo per calibrare gli strumenti, ma che ora sono l’unico lascito di Hitomi.

La prima cosa da dire su questi dati è che SXS ha mantenuto le attese, ottenendo in volo una risoluzione spettrale senza precedenti, in grado di misurare la velocità del gas con un’accuratezza di 10 chilometri al secondo. Ciò ha permesso agli scienziati di poter mettere a fuoco dettagli tanto agognati ma che fino a quel momento erano preclusi, rivelando una ricchezza di righe di elementi pesanti come ferro, manganese, nickel e cromo. Nel video qui sotto, trovate il confronto semplicemente impressionante tra le osservazioni di Hitomi e quelle del suo predecessore Suzaku – Hitomi ha una risoluzione ben 30 volte migliore! Potete adesso provare a immaginare lo stato d’animo degli scienziati che avevano appena visto questi dati quando qualche settimana dopo si sono ritrovati senza satellite…

Proprio Andrew Fabian ha dedicato gran parte della sua carriera a studiare in particolare l’ammasso di galassie Perseo con altri satelliti X, per esempio con Chandra ha accumulato dati per ben un milione di secondi complessivi di osservazione. Però gli studi effettuati con Chandra e XMM-Newton hanno investigato solo la pressione del plasma, mentre con Hitomi gli scienziati hanno potuto analizzare anche i fenomeni di turbolenza all’interno del plasma, importanti per capire come le galassie si aggreghino insieme. Queste associazioni di galassie furono scoperte nell’ottico da Fritz Zwicky già all’inizio del secolo scorso e Zwicky per spiegarne la stabilità aveva ipotizzato l’esistenza di materia non visibile, quella che poi sarebbe stata battezzata “materia oscura”. Fu però nel 1971 che Alfonso Cavaliere, Herbert Gursky e Wallace Tucker pubblicarono su Nature una scoperta straordinaria e del tutto inattesa: infatti, i dati raccolti dal satellite UHURU mostravano l’esistenza di sorgenti di raggi X in corrispondenza di alcuni ammassi di galassie, tra cui proprio Perseo, che sarebbe poi diventato uno dei più studiati. L’ipotesi, presentata nell’articolo e poi confermata dalle osservazioni dell’anno seguente, fu che l’emissione provenisse da una sorgente estesa, costituita da gas caldo* disperso tra le galassie che compongono l’ammasso – in realtà si tratta di plasma noto come IntraCluster Plasma.

In particolare, lo studio dello spettro di emissione del plasma è fondamentale per capire come esso si comporta e di conseguenza come evolvono gli ammassi e le galassie al loro interno. Anche se solo per poco tempo, Hitomi è riuscita a portare questi studi a livelli estremi di accuratezza, rivelando dettagli che vanno anche al di là di quello che gli scienziati avevano previsto con le simulazioni pre-lancio.

Il risultato più sorprendente è che questi nuovi dati hanno mostrato che il plasma nella regione centrale è più “calmo” di quello che ci si aspettava. Nel cuore dell’ammasso c’è infatti una regione molto attiva con un buco nero supermassivo e si ipotizzava che il gas si muovesse a velocità piuttosto elevate, visto che le osservazioni precedenti avevano rivelato che il buco nero produce getti di materia che gonfiano bolle di plasma. SXS ha però misurato una velocità pari a 164 chilometri all’ora**, molto più lento anche di quanto si muovano le galassie e le stelle all’interno dell’ammasso stesso. Ci deve dunque un qualche fenomeno non ancora ben compreso che renda conto di questa inattesa dinamica del plasma contenuto nell’ammasso, forse il plasma è più “spesso” e viscoso di quanto si ipotizzava e quindi più difficile da spostare, un po’ come è più difficile mescolare una pentola piena di marmellata di una pentola piena d’acqua. Un’altra possibilità è che l’energia proveniente dal buco nero sia dissipata in qualche altro modo, magari sotto forma di onde acustiche che si propagano verso l’esterno. Di certo, per ora una spiegazione dettagliata resta ancora un mistero, ma scoperte inattese come questa sono proprio quelle che hanno il potere di entusiasmare ancora di più gli scienziati. Altri risultati sui dati di Hitomi saranno pubblicati nel prossimo futuro.

Che dire? Sicuramente Hitomi ha dato un contributo importante al progresso scientifico, mostrandoci che l’universo forse è diverso da come ci aspettavamo e che per esempio ci sono aspetti nella fisica degli ammassi di galassie che ancora ci sfuggono. Le motivazioni scientifiche che hanno portato alla costruzione e al lancio di Hitomi sono forse ancora più forti adesso di quanto non fossero prima del lancio del satellite stesso. Sfortunatamente la prossima missione con strumenti di livello pari a quelli di Hitomi, forse anche un poco superiori, sarà l’osservatorio Athena, che però non partirà prima del 2028. Si può solo sperare che questi risultati eccezionali possano in qualche modo convincere NASA e JAXA a organizzarsi per approntare una nuova missione simil-Hitomi nei prossimi anni, prima di Athena. Purtroppo è piuttosto difficile che ciò accada perché i budget a disposizione delle agenzie spaziali sono fissati e non sembrano destinati ad aumentare e ci sono in agenda diverse altre missioni già approvate da finanziare. NASA ed ESA si sono però mostrate possibiliste nei confronti di una nuova missione. Solo il tempo ci dirà come andrà a finire.

Note:
*nel caso di Perseo, la temperatura del gas è pari a 50 milioni di gradi kelvin, per questo si parla di plasma.
**con i dati delle missioni precedenti si poteva solo affermare che la velocità fosse inferiore a 500 chilometri all’ora.

Bibliografia e letture consigliate:
news.mit.edu
nasa.gov
news.yale.edu
nature.com
sci.esa.int

Sara Turriziani

scientificast.it

Altrogionale.org
Autore: Altrogionale.org
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Questo articolo è stato ripubblicato con licenza Creative Commons CC BY-NC-ND.

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