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livello elementare
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ARGOMENTO: ASTRONOMIA
PERIODO: XXI SECOLO
AREA: DIDATTICA
parole chiave: NASA, ESA, JWST, Nebulose planetarie
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Il telescopio spaziale James Webb (JWST), frutto di un programma internazionale della NASA con la collaborazione dei suoi partner, l’ESA (Agenzia Spaziale Europea) e la CSA (Agenzia Spaziale Canadese), è oggigiorno il principale osservatorio spaziale disponibile che ci sta consentendo di guardare galassie lontane, sondando le misteriose strutture e origini del nostro universo. Non c’è giorno che nuove scoperte vengono pubblicate facendo a volte luce su convinzioni secolari, un tempo solo ipotizzate. Tra gli “oggetti” più affascinanti abbiamo le nebulose planetarie, oggetti galattici scoperti per la prima volta alla fine del XVIII secolo; si tratta di gusci di gas incandescente in espansione che vengono espulsi da stelle di massa medio-bassa nelle fasi avanzate della loro vita, che possono assumere forme e dimensioni diverse.
NGC 6326, una nebulosa planetaria con risplendenti ciuffi di gas espanso illuminati da una stella centrale binaria. Il telescopio spaziale Hubble catturò questa splendida immagine di NGC 6326, una nebulosa planetaria con brillanti fasci di gas in emissione, illuminati da una stella centrale prossima alla fine della sua vita che si trova nella costellazione dell’Ara, l’Altare, a circa 11.000 anni luce dalla Terra. Fonte NASA
Una curiosità: il termine nebulose planetarie ebbe origine nel 1781 con l’astronomo William Herschel che ritenne, erroneamente, che fossero dei sistemi planetari in fase di formazione. In seguito gli astronomi adottarono il nome dato da Herschel, senza modificarlo successivamente, anche se le nebulose planetarie non hanno nulla a che vedere con i pianeti del sistema solare.
Quando una stella invecchia e la fase di gigante rossa della sua vita giunge al termine, inizia a espellere strati di gas dalla sua superficie, lasciandosi dietro una nana bianca calda e compatta. A volte questa espulsione dà luogo a strutture di gas incandescente elegantemente simmetriche. In estrema sintesi, le nebulose planetarie sono uno dei principali modi in cui gli elementi più pesanti dell’idrogeno e dell’elio vengono dispersi nello spazio dopo la loro creazione nel cuore delle stelle. Nelle immagini che vedete, le tonalità di rosso e blu provengono dal materiale che brilla sotto l’azione della forte radiazione ultravioletta della stella centrale ancora calda.
Gli astronomi utilizzano una vasta gamma di strumenti e tecnologie, tra cui telescopi che possono rilevare frequenze invisibili all’occhio umano, come la luce infrarossa, una forma di radiazione elettromagnetica con lunghezze d’onda più lunghe di quelle della luce visibile che è prodotta da oggetti che emettono calore, come stelle e pianeti.
Essendo l’infrarosso invisibile all’occhio umano deve essere quindi rilevato da strumenti appositi. In astronomia, l’uso di sensori nell’infrarosso è fondamentale per studiare corpi celesti che emettono luce in diverse lunghezze d’onda a noi non visibili, come le stelle giovani, perché consente di penetrare nubi di gas e polveri, contribuendo notevolmente alla comprensione dell’universo.
La maggior parte delle nebulose planetarie si presenta come circolare, ellittica o bipolare, ma alcune si discostano dalla norma, come rivelato dalle nuove immagini ad alta risoluzione del JWST. Gli astronomi stanno sfruttando le sue eccezionali capacità per approfondire la conoscenza del ciclo vitale completo delle stelle e del loro impatto sull’ambiente spaziale circostante. Recentemente la NASA ha reso pubbliche le ultime immagini della nebulosa planetaria NGC 6072, situata nella costellazione dello Scorpione; raccolte nel vicino e medio infrarosso ci mostrano quella che potrebbe apparire come una scena molto disordinata, simile a schizzi di vernice su una tavolozza cosmica. In realtà l’aspetto insolito e asimmetrico della nebulosa ci rivela molto di più; la stella al centro della scena si avvicina alle fasi finali della sua vita ed espelle gusci di materiale, perdendo fino all’80% della sua massa. Un’occasione per gli astronomi di approfondire la conoscenza del ciclo vitale completo delle stelle, mostrandoci il loro impatto sull’ambiente circostante.
Una nube colorata, prevalentemente rossa, dalla forma distorta e asimmetrica, illuminata dall’interno da una brillante stella centrale. La forma asimmetrica ricorda un grosso insetto schiacciato sul terreno. Al centro, un chiarore azzurro appare sopra aree di sacche scure di colore blu scuro, delineate da materiale arancione. L’aspetto è grumoso. Gusci di gas e polvere appaiono come lobi che si estendono all’incirca dalle ore 11 alle ore 5, un altro dall’una alle ore 7 e forse un terzo dalle ore 12 alle ore 6. I gusci diventano di un rosso più intenso man mano che ci si allontana dal centro. Questi deflussi spingono il gas verso il piano equatoriale, formando un disco che sembra estendersi dalle ore 9 alle ore 3. Lo sfondo dello spazio è nero e punteggiato di piccole stelle luminose e galassie lontane. L’immagine della nebulosa planetaria NGC 6072 (immagine NIRCam) nel vicino infrarosso ripresa dal telescopio spaziale James Webb della NASA mostra una scena complessa di molteplici deflussi che si espandono a diverse angolazioni da una stella morente al centro della scena. In questa immagine, le aree rosse rappresentano gas molecolare freddo, ad esempio idrogeno molecolare. Fonte NASA, ESA, CSA, STScI
Innanzitutto, secondo gli astronomi, osservando attentamente l’immagine della NIRCam (Near-Infrared Camera), risulta evidente che questa nebulosa sia multipolare, – come di tante clessidre orientate secondo diverse angolazioni. Ciò significa che ci sono diversi deflussi ellittici che fuoriescono in entrambe le direzioni dal centro, che possono comprimere il materiale durante il loro movimento, dando origine a un disco perpendicolare ad esso. Gli astronomi affermano che questa è la prova che probabilmente ci sono nella nebulosa almeno due stelle al centro di questa scena: in parole semplici, una stella compagna sta interagendo con una stella più vecchia che ha già iniziato a perdere parte dei suoi strati esterni di gas e polvere.
La regione centrale della nebulosa planetaria brilla a causa del nucleo stellare caldo, visibile come una tonalità azzurra nella luce del vicino infrarosso, mentre il materiale arancione scuro, composto da gas e polvere, sembra farsi strada tra sacche o aree aperte che appaiono di colore blu scuro. Questa aggregazione potrebbe essere stata creata dalla formazione di dense nubi molecolari, schermate dalla radiazione calda della stella centrale. Inoltre, potrebbe esserci un fattore temporale in quanto, nel corso di migliaia di anni, venti interni veloci potrebbero aver solcato l’alone emesso dalla stella principale quando questa ha iniziato a perdere massa creando questa tessitura straordinaria.
Immagine NGC 6072 (MIRI) colorata, prevalentemente blu, della luce nel medio infrarosso mostra una nube luminosa dalla forma distorta e asimmetrica. La forma asimmetrica della nube di gas e polvere in espansione ricorda della vernice schizzata sul terreno. I filamenti dei gusci in espansione sono sottili, per lo più bianchi e blu. La vista nel medio infrarosso della nebulosa planetaria NGC 6072 catturata dal telescopio spaziale James Webb della NASA mostra gusci circolari in espansione attorno ai deflussi della stella centrale morente. In questa immagine, il blu rappresenta il gas molecolare freddo che può essere visto in rosso nell’immagine della NIRCam (Near-Infrared Camera) – Fonte NASA, ESA, CSA, STScI
Le lunghezze d’onda maggiori catturate dal MIRI (Mid-Infrared Instrument) del JWST evidenziano le nubi di polveri, rivelandoci un piccolo punto rosato-biancastro al centro di questa scena che potrebbe essere la stella morente. L’osservazione nelle lunghezze d’onda del medio infrarosso rivela anche anelli concentrici che si espandono dalla regione centrale, il più evidente dei quali si estende appena oltre i bordi dei lobi. Questa potrebbe essere un’ulteriore prova della presenza di una stella secondaria al centro della scena, nascosta alla nostra vista. La stella secondaria, ruotando ripetutamente attorno alla stella principale, potrebbe aver scavato anelli di materiale a forma di bersaglio mentre la stella principale espelleva massa durante una fase iniziale della sua vita. Un’altra conferma di una sorta di pulsazione che avrebbe portato all’espulsione uniforme di gas o polvere in tutte le direzioni, a distanza di migliaia di anni.
La vista della nebulosa planetaria NGC 6072 nel vicino infrarosso ripresa dal telescopio spaziale James Webb della NASA mostra una scena complessa di molteplici deflussi che si espandono ad angoli diversi da una stella morente al centro della scena. – Fonte NASA, ESA, CSA, STScI
In sintesi, grazie alla strumentazione del JWST le aree rosse (evidenziate in NIRCam) e quelle blu (in MIRI) consentono di tracciare le emissioni verso la periferia di gas molecolare freddo (probabilmente idrogeno), mentre le regioni centrali mostrano il gas ionizzato caldo. Man mano che la stella al centro di una nebulosa planetaria si raffredda, e quindi si affievolisce, la nebulosa si dissipa gradualmente nel mezzo interstellare, contribuendo alla formazione di materiale arricchito che contribuisce a formare nuove stelle e sistemi planetari.
Possiamo dire che l’immagine di NGC 6072 di Webb apre le porte allo studio di come le nebulose planetarie, in particolare con forme più complesse, contribuiscano a questo processo ancora misterioso. Piccoli passi che confermano come lo spazio, nella sua infinità può regalarci ancora tanto stupore.
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