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Che cos’è una nebulosa?
Una nebulosa (dal latino nebula, “nube”) è una gigantesca nube interstellare composta principalmente da idrogeno, elio e polveri cosmiche, spesso estesa per anni luce nello spazio.
Le nebulose rappresentano componenti fondamentali del mezzo interstellare e svolgono un ruolo essenziale nel ciclo di vita delle stelle.
In molte regioni della galassia esse agiscono come vere e proprie “culle stellari” per la formazione di protostelle che, con il tempo, possono accendersi come nuove stelle. Sono i grembi dell’universo.
Altre nebulose, invece, derivano dalla fase finale della vita stellare: quando una stella massiccia esplode come supernova, espelle nello spazio enormi quantità di materia, creando strutture spettacolari e diffondendo elementi pesanti che arricchiscono il mezzo interstellare. L’onda d’urto generata dall’esplosione di questa antica stella può comprimere il gas circostante, favorendo la nascita di nuove.
In questo modo, il cosmo segue un processo continuo di trasformazione in cui la morte di una stella può creare le condizioni per nuove generazioni stellari. Un ricambio continuo di energia e materia.
Esistono anche nebulose planetarie, formate quando stelle simili al Sole espellono i propri strati esterni nelle fasi finali della loro evoluzione. Gli astronomi distinguono inoltre nebulose a emissione, a riflessione e oscure, a seconda del modo in cui interagiscono con la luce. Nel loro insieme, le nebulose non sono soltanto immense nubi di gas e polvere, ma veri laboratori cosmici in cui si formano stelle, si diffondono elementi chimici essenziali e si rinnova continuamente la materia dell’universo.
La Crab Nebula si è formata dall'esplosione di una Supernova. Al suo centro c'è una stella di neutroni (pulsar).
La Supernova 1987A prima (a destra) e dopo l'esplosione.
Come si formano le stelle in una nebulosa?
Le nebulose sono composte da polvere e gas, principalmente idrogeno ed elio. La polvere e i gas in una nebulosa sono molto dispersi, ma la gravità può lentamente iniziare ad attrarli. Man mano che questi agglomerati diventano più grandi, la loro gravità si intensifica.
Alla fine, l'ammasso di polvere e gas diventa così grande da collassare per effetto della propria gravità. Il collasso provoca il riscaldamento del materiale al centro della nube, e questo nucleo incandescente costituisce l'inizio della formazione di una o più stelle. Come nella famosa Nebulosa di Orione:
Crediti immagine: NASA , ESA , M. Robberto ( Space Telescope Science Institute / ESA ) e il team del progetto Hubble Space Telescope Orion Treasury.
Dove si trovano le nebulose?
Le nebulose esistono nello spazio tra le stelle, noto anche come spazio interstellare . La nebulosa più vicina alla Terra conosciuta si chiama Nebulosa Elica. È ciò che resta di una stella morente, forse simile al Sole. Si trova a circa 700 anni luce dalla Terra.
Ottenuta con il telescopio Vista dell'ESO mostra la Nebulosa Elica in colori non percepibili nel visibile e circondata di un impressionante numero di stelle. Al centro della Nebulosa la stella che ne ha dato origine, perdendo, nella sua fase di trasformazione in nana bianca, i suoi strati esterni. Crediti immagine: Redazione Media Inaf
Come facciamo a sapere che aspetto hanno le nebulose?
Gli astronomi utilizzano telescopi molto potenti per fotografare le nebulose lontane.
Telescopi spaziali come lo Spitzer Space Telescope e l'Hubble Space Telescope della NASA hanno catturato numerose immagini di nebulose remote, come quello che vi mostro di seguito.
Simile a una scintillante geode cosmica, un trio di stelle abbaglianti brilla dalla cavità scavata in una nebulosa a riflessione in questa nuova immagine del telescopio spaziale Hubble della NASA. Credito immagine: NASA, ESA, G. Duchene (Università di Grenoble I); Elaborazione delle immagini: Gladys Kober (NASA/Università Cattolica d'America)
Hubble osserva la superbolla N44 una nebulosa complessa, ricca di gas idrogeno incandescente, scure fasce di polvere, stelle massicce e numerose popolazioni di stelle di età diverse. Credito immagine: NASA, ESA, V. Ksoll e D. Gouliermis (Università di Heidelberg), et al.; Elaborazione: Gladys Kober (NASA/Università Cattolica d'America)
Hubble osserva migliaia di giovani stelle scintillanti annidate all'interno della gigantesca nebulosa NGC 3603. Credito immagine: collaborazione NASA, ESA e Hubble Heritage (STScI/AURA)-ESA/Hubble; J. Maíz Apellániz (Istituto di Astrofisica dell'Andalusia, Spagna)
Ma, più precisamente, cosa sono questi telescopi?
Lo Spitzer Space Telescope.
Rappresentazione artistica del telescopio spaziale Spitzer. NASA/JPL-Caltech
«Il telescopio spaziale Spitzer (precedentemente noto come Space Infrared Telescope Facility o SIRTF) è stato il quarto e ultimo dei "Grandi Osservatori" della NASA, dopo il telescopio spaziale Hubble (lanciato nel 1990), l'osservatorio a raggi gamma Compton (1991) e l'osservatorio a raggi X Chandra (1999).
Trasporta un telescopio a infrarossi da 34 pollici (85 centimetri) e tre strumenti scientifici come parte del gruppo del telescopio criogenico (CTA).
La missione, della durata prevista di due anni e mezzo, era stata progettata per rilevare la radiazione infrarossa proveniente da un'orbita eliocentrica. Il CTA è stato raffreddato a 5 gradi sopra lo zero assoluto (meno 450 gradi Fahrenheit o meno 268 gradi Celsius) utilizzando 95 galloni (360 litri) di elio liquido per garantire che il calore del corpo dell'osservatorio non interferisse con l'osservazione di oggetti cosmici relativamente freddi.
Il telescopio spaziale Spitzer è stato lanciato alle 05:35:39 UT del 25 agosto 2003 a bordo di un razzo Delta II Heavy (in una configurazione a due stadi Delta 7925H) che ha inserito il secondo stadio e il carico utile. L'orbita iniziale era di 103 × 104 miglia (166 × 167 chilometri) a 31,5 gradi. Il secondo stadio si è riacceso alle 06:13 UT del 25 agosto 2003, immettendo sia il secondo stadio che l'osservatorio in un'orbita iperbolica. Entro il 3 settembre, il telescopio si trovava in un'orbita terrestre attorno al Sole.
Il 29 agosto è stato rimosso il coperchio antipolvere del telescopio e il giorno successivo è stato aperto lo sportello dell'apertura. In quest'orbita, a 0,996 × 1,019 UA, la Terra non ostacola l'osservazione di potenziali bersagli.
Il 18 dicembre 2003, il SIRTF è stato ribattezzato Spitzer Space Telescope in onore di Lyman S. Spitzer Jr. (1914-1997), uno dei primi a proporre l'idea di utilizzare i telescopi nello spazio.
Uno dei primi successi della missione (nel 2005) fu quello di catturare per la prima volta la luce diretta proveniente da pianeti extrasolari.
Nei quattro anni successivi seguirono molte altre scoperte, tra cui l'osservazione della luce proveniente dagli oggetti più antichi dell'universo, la mappatura del clima su un pianeta extrasolare per la prima volta, la scoperta di vapore acqueo su un altro pianeta extrasolare e l'identificazione di un nuovo anello (l'anello di Febe) attorno a Saturno.
L'osservatorio ha funzionato molto più a lungo del previsto, ma la sua scorta di elio liquido si è esaurita definitivamente alle 22:11 UT del 15 maggio 2009, quasi sei anni dopo il lancio. A quel punto, gli scienziati della missione hanno riconfigurato il progetto come Spitzer Warm Mission, che avrebbe utilizzato i due moduli a lunghezza d'onda più corta della telecamera a infrarossi (IRAC), che non richiedevano l'elio criogenico per funzionare, per le osservazioni future.
Seguirono altre scoperte. Nell'agosto del 2010, i dati di Spitzer rivelarono l'identificazione del primo pianeta ricco di carbonio (noto come WASP-12b) in orbita attorno a una stella. Nell'ottobre del 2012, gli astronomi annunciarono che i dati dell'osservatorio avevano permesso una misurazione più precisa della costante di Hubble, la velocità con cui l'universo si sta espandendo.
L'anno successivo, Spitzer ha celebrato 10 anni di attività nello spazio e ha continuato a utilizzare i suoi due strumenti che, nell'agosto del 2014, hanno osservato un'eruzione di polvere attorno a una stella (NGC 2547-ID8), probabilmente causata dalla collisione di grandi asteroidi. Si ritiene che tali impatti portino alla formazione di pianeti.
Ulteriori scoperte basate sui risultati di Spitzer (così come sui dati integrati con le informazioni di altri osservatori spaziali come Swift) sono state annunciate nell'aprile 2015 (scoperta di uno dei pianeti più distanti mai identificati, a circa 13.000 anni luce dalla Terra) e nel marzo 2016 (scoperta della galassia più remota mai rilevata, una galassia ad alto redshift nota come GN-z11). Quest'ultima è stata rilevata nell'ambito del progetto Frontiers Field, che combina la potenza di Spitzer, Hubble e Chandra.
Nell'agosto del 2016, i responsabili della pianificazione della missione presso il Jet Propulsion Laboratory (JPL) della NASA hanno annunciato una nuova fase della missione, nota come "Spitzer Beyond", sfruttando la proroga di due anni e mezzo concessa dalla NASA all'inizio dell'anno.
Poiché la distanza tra Spitzer e la Terra era aumentata nel tempo, l'antenna del telescopio doveva essere puntata con angolazioni maggiori verso il Sole per comunicare con la Terra. Di conseguenza, alcune parti della sonda spaziale erano soggette a temperature sempre più elevate. Allo stesso tempo, in questa configurazione, i pannelli solari erano orientati in direzione opposta al Sole, sottoponendo così le batterie di bordo a uno stress maggiore. Queste furono alcune delle sfide della fase Spitzer Beyond.
Nel febbraio 2017, la NASA ha annunciato che Spitzer aveva rivelato il primo sistema conosciuto di sette pianeti di dimensioni simili alla Terra attorno a una singola stella: il sistema Trappist-1 . Tre dei pianeti si trovano saldamente nella zona abitabile, l'area attorno alla stella madre in cui è più probabile che un pianeta roccioso abbia acqua liquida. La scoperta ha stabilito un record per il maggior numero di pianeti nella zona abitabile trovati attorno a una singola stella al di fuori del nostro sistema solare.
Nell'ottobre del 2017, la NASA ha annunciato di essere alla ricerca di informazioni da potenziali finanziatori che potessero supportare il funzionamento del telescopio una volta esauriti i fondi della NASA.
Nell'agosto del 2018, Spitzer ha festeggiato 15 anni di attività. La NASA aveva deciso di concludere la missione Spitzer nel 2018 in previsione del lancio del telescopio spaziale James Webb, che avrebbe osservato l'universo nella luce infrarossa. Quando il lancio di Webb è stato posticipato, a Spitzer è stata concessa una proroga per continuare le operazioni fino al 2020.
Dopo oltre 16 anni di studio dell'universo nella luce infrarossa, durante i quali ha svelato nuove meraviglie nel nostro sistema solare, nella nostra galassia e oltre, Spitzer è stato dismesso il 30 gennaio 2020. Ma anche dopo il suo ritiro, i dati che il telescopio aveva già raccolto hanno continuato ad alimentare nuove scoperte.
Nel 2022, i ricercatori che studiavano le osservazioni degli esopianeti Kepler-138 c e Kepler-138 d effettuate da Spitzer e dal telescopio spaziale Hubble della NASA hanno scoperto che i pianeti potrebbero essere composti in gran parte d'acqua . E nel 2023, gli astronomi, combinando i dati di Spitzer con i risultati del TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) della NASA e degli osservatori terrestri, hanno scoperto un esopianeta di dimensioni simili alla Terra che potrebbe essere ricoperto di vulcani.»
L’Hubble Space Telescope.
Il telescopio spaziale Hubble ritorna in orbita con una configurazione migliorata dopo la sua seconda missione di manutenzione, avvenuta nel febbraio del 1997. Crediti: NASA
«Il telescopio spaziale Hubble è il primo osservatorio astronomico messo in orbita attorno alla Terra, in grado di registrare immagini in lunghezze d'onda che vanno dall'ultravioletto al vicino infrarosso. Lanciato il 24 aprile 1990 a bordo dello Space Shuttle Discovery, Hubble orbita a circa 483 km (300 miglia) dalla superficie terrestre. Compie 15 orbite al giorno, girando attorno alla Terra circa una volta ogni 95 minuti. L'osservatorio si muove a una velocità di circa 8 km (5 miglia) al secondo, sufficiente per attraversare gli Stati Uniti in circa 10 minuti.
Mentre orbita attorno a Hubble, il suo specchio primario raccoglie la luce proveniente da oggetti vicini e lontani. Il suo specchio primario, di quasi 2,4 metri di diametro, è più piccolo di quello di molti osservatori terrestri professionali. Ciò che rende Hubble così potente è la sua posizione al di sopra dell'atmosfera terrestre. Questa posizione offre a Hubble una visione incontaminata dell'universo e gli consente di osservare lunghezze d'onda che vengono bloccate o parzialmente filtrate dall'atmosfera. Hubble può risolvere oggetti 1.000 volte meglio dell'occhio umano. Questo è sufficiente per vedere due lucciole separate da circa 3 metri da una distanza pari a quella tra New York e Tokyo (circa 11.000 chilometri).»
Questa foto mostra il telescopio spaziale Hubble (HST) durante il trasferimento dall'area di collaudo per l'assemblaggio verticale (VATA) all'area di stoccaggio ad alta capacità (High Bay) dello stabilimento di assemblaggio Lockheed, in preparazione al trasporto al Kennedy Space Center (KSC) dopo i test e le verifiche finali. Crediti immagine: NASA
Prima dell'installazione, i tecnici ispezionano lo specchio primario del telescopio spaziale Hubble (HST). Primo di una serie di grandi osservatori lanciati dalla NASA, Hubble è stato progettato per durare circa 15 anni. Il Marshall Space Flight Center ha avuto la responsabilità della gestione dello sviluppo di Hubble e ha svolto un ruolo fondamentale nei test a terra e nelle verifiche orbitali del telescopio. Hubble è stato lanciato il 24 aprile 1990 a bordo dello Space Shuttle Discovery, durante la missione STS-31. Crediti immagine: NASA
Le nebulose più belle mai osservate.
- LE NEBULOSE CUORE E ANIMA
La nebulosa a destra è la Nebulosa Cuore, chiamata così per la sua somiglianza con un cuore umano. A sinistra si trova la Nebulosa Anima, nota anche come Nebulosa Embrione. Crediti immagine: NASA/JPL-Caltech/UCLA
- NEBULOSA TESTA DI CAVALLO
Credito: NASA, ESA e Hubble Heritage Team ( AURA / STScI )
- NEBULOSA BOLLA
Questa è una fotografia del Telescopio Spaziale Hubble che ritrae un'enorme bolla, simile a un palloncino, spinta nello spazio da una stella massiccia e super calda. Gli astronomi hanno puntato l'iconico telescopio su questa colorata formazione celeste, chiamata Nebulosa Bolla, o NGC 7635. Crediti: NASA, ESA e Hubble Heritage Team (STScI/AURA), F. Summers, G. Bacon, Z. Levay e L. Frattare (Viz 3D Team, STScI)
- NEBULOSA DELL’AQUILA
Immagine mosaico composta da tre colori della Nebulosa Aquila (Messier 16, o NGC 6611), basata su immagini ottenute con la telecamera Wide Field Imager posta sul telescopio MPG/ESO da 2,2 metri all'Osservatorio di La Silla. Al centro sono visibili i cosiddetti "Pilastri della Creazione". In questa immagine a campo pieno non solo sono mostrati i pilastri centrali, ma anche alcuni altri nella stessa regione di formazione stellare, oltre che numerose stelle davanti, dentro o vicino alla Nebulosa Aquila. Il gruppo di stelle luminose in alto a destra è NGC 6611, sito delle enormi e caldissime stelle che illuminano i pilastri. Il "Pinnacolo" - un altro grande pilastro - si trova al centro-sinistra dell'immagine. Questa immagine è composta da 3 filtri dello spettro visibile: B (blu), V (verde) e R (rosso). Crediti: ESO
Fonti chiave che ho consultato e da cui ho preso le informazioni per questo articolo:
- Siddiqi, Asif A. Oltre la Terra: Cronaca dell'esplorazione dello spazio profondo, 1958-2016 . NASA History Program Office, 2018.
© Punto e Virgola
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