Fisica

Aprire la strada all’Habitable Worlds Observatory con l’imaging ad alta risoluzione I: Nuove e vecchie osservazioni speckle di potenziali stelle target HWO

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Nuove osservazioni speckle di stelle target HWO

Un obiettivo chiave dell’Habitable Worlds Observatory (HWO) è quello di ottenere immagini dirette di circa 25 esopianeti potenzialmente abitabili e determinarne le proprietà. Questa sfida richiederà un’ampia indagine di stelle vicine e luminose. Per garantire il successo della missione e per aiutare a guidare le decisioni progettuali, è necessario comprendere bene la molteplicità stellare delle stelle target. A tal fine, presentiamo l’imaging speckle ottico delle stelle nell’elenco provvisorio delle stelle HWO del NASA Exoplanet Exploration Program (ExEP). Abbiamo ottenuto nuove osservazioni utilizzando `Alopeke e Zorro al Gemini Observatory e interrogato l’Exoplanet Follow-up Observing Program Archive per le osservazioni d’archivio, ottenendo dati di imaging speckle per 80 delle 164 stelle. Abbiamo confermato un candidato compagno precedentemente rilevato da Gaia (HD 90089) e ottenuto una rilevazione ambigua di un compagno noto (HD 212330). Abbiamo simulato compagni stellari fino a ~0,1 $M_{\odot}$ per ogni obiettivo e abbiamo scoperto che il 75%-85% sarebbe stato rilevato nelle nostre immagini speckle.

Questo lavoro rappresenta un primo passo verso l’indagine dei potenziali obiettivi HWO per i compagni stellari ravvicinati e l’aiuto a informare il processo di selezione degli obiettivi per il sondaggio di imaging diretto HWO, avvicinandoci alla scoperta di potenziali mondi abitabili.

Paper: ArXiv.org

La Funzione di Densità di Probabilità della Colonna di Cygnus-X

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Nuove Scoperte sulla Struttura delle Nuvole Molecolari: Uno Studio su Cygnus-X

Un recente studio pubblicato su arXiv (2601.05359v1) esplora la funzione di densità di probabilità della colonna (N-PDF) nella regione di Cygnus-X, fornendo nuove prospettive sui processi fisici all’interno delle nubi molecolari e sulla formazione stellare. L’analisi della N-PDF, ottenuta utilizzando i dati di Herschel, integrati con dati HI e Young Stellar Objects (YSO), rivela dettagli cruciali sulla dinamica tra turbolenza e gravità.

La ricerca ha evidenziato che le N-PDF di Cygnus-X e delle sue sottoregioni seguono una forma log-normale + legge di potenza. Questa conformazione suggerisce l’influenza combinata di turbolenza e gravità nella modellazione della struttura di densità. È stato osservato che la sezione a legge di potenza delle N-PDF tende ad appiattirsi nel tempo, indicando un’evoluzione delle nubi. La densità di colonna di transizione è stata identificata come una soglia di formazione stellare specifica per ogni nube molecolare.

Questi risultati non solo chiariscono lo stato fisico di Cygnus-X, ma sottolineano anche l’utilità della N-PDF come strumento diagnostico. Essa funge da indicatore accessibile delle fasi evolutive e delle soglie di formazione stellare nelle nubi molecolari. Lo studio apre nuove strade per la comprensione della formazione stellare, offrendo un metodo statistico per analizzare l’interazione tra turbolenza e gravità all’interno delle nubi molecolari.

Paper: ArXiv.org

Supernovae superluminose: tempi di salita diversi spiegano spettri diversi

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Supernovae superluminose: tempi di salita diversi spiegano spettri diversi

Le supernovae superluminose (SLSNe) di tipo I sono una classe eterogenea di esplosioni di stelle massicce eccezionalmente luminose, che in genere mostrano assorbimento dall’ossigeno ionizzato nei loro spettri iniziali. Mentre le loro proprietà fotometriche (luminosità e durata) coprono entrambe un ordine di grandezza, gli studi sulla popolazione suggeriscono che queste distribuzioni sono continue. Tuttavia, i campioni spettroscopici hanno mostrato alcune indicazioni di sottotipi distinti, sia attraverso la somiglianza con determinati oggetti prototipo, sia in termini di evoluzione della velocità.

In questo studio, si dimostra che una SLSN ben osservata, PTF12dam, cambia completamente il suo profilo di assorbimento O II mentre raggiunge la massima luminosità, passando da un sottotipo proposto a un altro. Ciò supporta un’interpretazione in cui la diversità spettroscopica è guidata dalla temperatura dell’ejecta alla massima luminosità, piuttosto che da differenze fondamentali nell’esplosione o nel progenitore.

È stato sviluppato un nuovo metodo diagnostico, il diagramma Luminosità-Scala temporale-Temperatura-Raggio, e un semplice modello giocattolo per l’evoluzione della velocità fotosferica, per dimostrare che la diversità nel tempo di salita della curva di luce (probabilmente dovuta a differenze nella massa espulsa) spiega naturalmente perché le SLSNe con curve di luce più ampie hanno generalmente linee O II più deboli, velocità fotosferiche inferiori dopo il massimo e cambiamenti più lenti nella velocità fotosferica nel tempo. La distribuzione della velocità della popolazione SLSN nota favorisce un profilo di densità dell’ejecta relativamente piatto, coerente con una bolla calda gonfiata da un motore centrale.

Paper: ArXiv.org

Fiori di muro cosmici: le origini circumgalattiche degli ammassi stellari ultra-compatti isolati a $z>7$

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Cosmic wallflowers: the circumgalactic origins of isolated ultra-compact star clusters at $z>7$

La scoperta di ammassi stellari con lenti gravitazionali ad alto redshift con il James Webb Space Telescope (JWST) ha rivelato sistemi estremamente compatti e massicci di formazione stellare in galassie a $z > 6$, aprendo una nuova finestra sulla formazione precoce degli ammassi. In questo lavoro, esaminiamo la formazione di ammassi stellari negli ambienti circumgalattici di galassie ricche di gas con masse stellari comprese tra $\sim$$10^{8}$ – $10^{11}$ M$_{\odot}$ a $z > 7$, utilizzando la simulazione idrodinamica cosmologica MassiveBlackPS con risoluzione di 2 pc. Identifichiamo 55 ammassi dominati dai barioni che si formano al di fuori dei dischi galattici ma all’interno del raggio viriale dell’alone primario. La formazione stellare in questi sistemi procede rapidamente, raggiungendo densità superficiali stellari di picco superiori a $10^{5}$ M$_{\odot}$ pc$^{-2}$, corrispondenti agli ammassi compatti recentemente scoperti da JWST nell’arco Cosmic Gems con lenti a $z \approx 9.6$. Tali densità estreme sono un prerequisito chiave per innescare collisioni stellari incontrollate, indicando che un sottoinsieme dei nostri ammassi sarebbe un probabile ospite di buchi neri di massa intermedia (IMBH). Troviamo che ammassi stellari massicci possono formarsi in modo efficiente nel mezzo circumgalattico in tempi brevi attraverso la frammentazione dei filamenti, per cui le alte densità di gas portano a un rapido collasso locale tramite una combinazione di instabilità termiche e gravitazionali. Questo percorso di formazione implica che alcuni ammassi compatti si sono formati nelle tranquille periferie delle galassie in formazione piuttosto che all’interno dei loro dischi. Piccole variazioni nelle proprietà dei filamenti, tra cui metallicità, densità e contenuto di materia oscura, influenzano la probabilità che un ammasso stellare sia in grado di formare un seme IMBH. La formazione di ammassi in ambienti circumgalattici indica un potenziale percorso evolutivo che collega i primi ammassi fuori disco, gli odierni ammassi globulari e i semi di BH massicci.

Paper: ArXiv.org

Lenti cinematiche con indagini spettroscopiche ad alta risoluzione: un’opportunità unica per la cosmologia trasformativa ad alti redshift negli anni ’40

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Lenti cinematiche per la Cosmologia del Futuro

Una nuova ricerca pubblicata su arXiv (2601.05322v1) esplora il potenziale rivoluzionario delle future indagini spettroscopiche ad alta risoluzione per la cosmologia. Il documento, che presenta una solida base scientifica, si concentra sull’utilizzo di strumenti di prossima generazione come MegaMapper e Wide-field Spectroscopic Telescope per realizzare indagini di cosmic shear ad alti redshift. L’innovativa tecnica della ‘lente cinematica’ (KL) è al centro di questa strategia, promettendo di ottenere cataloghi di shear tra redshift 2 e 5.

I risultati preliminari sono promettenti: il rapporto segnale-rumore di KL a questi alti redshift è, in media, il doppio di quello previsto dalle attuali indagini di weak lensing (WL) come Euclid o LSST, e diverse volte superiore rispetto alle precedenti indagini WL come DES e KiDS. Ciò, anche considerando ipotesi conservative sulla frazione di sorgenti rilevate spettroscopicamente per le quali saranno disponibili stime di shear KL. Questa capacità senza precedenti aprirà la strada ad analisi congiunte di galaxy clustering e cosmic shear su volumi cosmici mai raggiunti prima.

L’obiettivo è sondare la crescita delle strutture nell’era dominata dalla materia e durante l’inizio della dominazione dell’energia oscura, offrendo un’opportunità unica per svelare il mistero dell’accelerazione cosmica. Questo approccio potrebbe rivoluzionare la nostra comprensione dell’universo e aprire nuove frontiere nella cosmologia del futuro.

Paper: ArXiv.org

Sondando la Relatività Generale su scale cosmologiche negli anni ’40

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Sondando la Relatività Generale su scale cosmologiche negli anni ’40

La relatività generale è stata testata in modo eccellente in regimi di campo intenso, tuttavia la sua validità su scale cosmologiche rimane in gran parte inesplorata. I prossimi sondaggi sulla struttura su larga scala, ampi e profondi, accederanno alle scale ultra-grandi e lineari dove gli effetti relativistici – termini Doppler, redshift gravitazionale, ingrandimento gravitazionale e evoluzione del potenziale – lasciano impronte significative nell’ammasso delle galassie. Queste firme rappresentano sonde uniche dello spaziotempo che sono inaccessibili alle analisi newtoniane standard, ma diventano sempre più importanti con la crescita dei volumi di indagine.

Delineiamo il potenziale scientifico delle strutture di prossima generazione, come quelle previste nel programma Expanding Horizons dell’ESO, per fornire le prime misurazioni robuste degli effetti relativistici nella struttura su larga scala attraverso spettri di potenza multi-tracciatore e il bispettro single-tracciatore delle galassie Lyman-break ad alto redshift. La rilevazione di questi contributi aprirebbe una nuova finestra sulla gravità, consentendo test di precisione della relatività generale e delle sue alternative su scale cosmologiche negli anni ’40.

L’obiettivo è quindi quello di ottenere una comprensione più approfondita dell’universo, sondando i limiti della relatività generale e cercando potenziali deviazioni che potrebbero rivelare nuove fisiche oltre il modello standard della cosmologia. Questo progetto rappresenta un passo significativo verso la comprensione della natura della gravità e dell’evoluzione dell’universo su scala cosmologica.

Paper: ArXiv.org

Il Fato del Fallito Candidato Supernova M31-2014-DS1

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Il Mistero di M31-2014-DS1: Un Candidato a Supernova Fallita

La sorte delle stelle massicce, con masse superiori a 20 volte quella del Sole, rimane avvolta nel mistero. Il dibattito è aperto: queste stelle esplodono come supernovae (SN) o collassano direttamente in buchi neri (BH) senza un’esplosione ottica significativa, un evento definito “supernova fallita”? Il sorgente M31-2014-DS1 ha mostrato un’esplosione ottica nel 2014, rimanendo debole alle lunghezze d’onda visive da allora, un comportamento che l’ha resa un candidato a supernova fallita.

Nuove osservazioni, condotte con il telescopio spaziale James Webb (JWST), l’array submillimetrico (SMA) e Chandra, hanno rivelato importanti dettagli. Le osservazioni del JWST mostrano una sorgente a infrarossi medi luminosa persistente nella stessa posizione, anche a distanza di un decennio da quando la stella è svanita alle lunghezze d’onda visive. Il modello della sua attuale distribuzione di energia spettrale (SED) suggerisce una stella avvolta nella polvere. L’assenza di emissioni di raggi X mette in dubbio l’ipotesi che la luminosità tardiva sia alimentata dall’accrescimento su un buco nero.

La ricerca rivela che la sorgente rimanente è pesantemente oscurata da una distribuzione asimmetrica di polvere circumstellare, rendendo difficile quantificarne le proprietà fisiche con modelli di trasferimento radiativo a simmetria sferica. La geometria della polvere implica che la luminosità bolometrica stimata sia solo un limite inferiore, dato che una frazione significativa della radiazione della sorgente centrale potrebbe sfuggire senza essere riprocessata dalla polvere. Questi risultati vengono discussi nel contesto dei modelli di supernova fallita, considerando anche il potenziale sovrapposizione con le firme attese da una fusione stellare, che offre una plausibile spiegazione alternativa.

Paper: ArXiv.org

Modellazione del vento galattico: gli outflow guidati dalle supernovae accelerano le nubi di HI vicino al centro galattico

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Nuove scoperte sul vento galattico della Via Lattea

Un recente studio, pubblicato su arXiv (2601.05314v1), ha approfondito la natura dei venti galattici nella Via Lattea, concentrandosi in particolare sulla regione centrale della galassia. Ricerche multi-lunghezza d’onda, dalle onde radio ai raggi X, hanno rivelato la presenza di gas multifase ad alta velocità vicino al centro galattico, indicando potenti deflussi galattici.

I ricercatori hanno sviluppato modelli semi-analitici per simulare questi deflussi, considerando una fase di gas caldo (T >> 10^6 K) che racchiude nubi più fredde (T ~ 5000 K). I modelli hanno incluso il potenziale gravitazionale della Via Lattea, la forza di trascinamento esercitata dalla fase calda sulle nubi fredde e lo scambio di massa, quantità di moto ed energia tra le fasi gassose. Utilizzando l’inferenza bayesiana, i ricercatori hanno confrontato le previsioni dei modelli con le osservazioni delle nubi di idrogeno neutro (HI) ad alta velocità rilevate fino a circa 1,5 kpc sopra il piano galattico vicino al centro galattico.

I risultati suggeriscono che i venti guidati dalle supernovae, originati dalla formazione stellare nella zona molecolare centrale, possono riprodurre con successo le velocità osservate, la distribuzione spaziale e le masse delle nubi. Nei modelli bifase, i fattori di carico di massa ed energia di entrambe le fasi sono coerenti con le recenti aspettative teoriche. Le nubi fredde sono accelerate dal vento caldo attraverso la pressione di trascinamento e l’accumulo di materiale ad alta velocità, derivante dalla miscelazione turbolenta e dal successivo raffreddamento. Tuttavia, questa interazione porta anche alla graduale distruzione delle nubi, con quelle più piccole che perdono oltre il 70% della loro massa iniziale quando raggiungono circa 2 kpc.

Paper: ArXiv.org

Interazione del getto centrale con il gas circostante nel flusso protostellare da IRAS 04166+2706

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Interazione del getto centrale con il gas circostante in IRAS 04166+2706

Una recente ricerca, pubblicata su arXiv (arXiv:2601.05310v1), ha studiato il flusso protostellare da IRAS 04166+2706, una giovane stella in formazione. Il team di ricerca si è concentrato sull’analisi dell’interazione tra il getto centrale di gas ad alta velocità (EHV) e il gas circostante a velocità inferiore.

I dati raccolti con l’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) hanno rivelato una struttura complessa. Il gas a bassa velocità forma due lobi conici opposti, mostrando un modello di flusso a taglio con velocità crescente verso l’asse. Il gas EHV, invece, appare come una serie di condensazioni ad arco che si fondono con le pareti dei lobi, suggerendo una connessione fisica tra le due componenti. I diagrammi posizione-velocità mostrano estensioni a forma di dito, indicando che parte del gas EHV potrebbe essere stato decelerato dall’interazione con il flusso a bassa velocità.

Un modello balistico ha permesso di simulare queste estensioni, ipotizzando che il gas EHV sia materiale del getto espulso lateralmente che trasferisce parte del suo momento al flusso a taglio circostante. I risultati suggeriscono che il gas EHV giochi un ruolo nell’accelerazione del gas a velocità inferiore. Fenomeni simili potrebbero verificarsi in altri sistemi stellari, anche se le componenti EHV non sono visibili a causa della loro composizione atomica.

Paper: ArXiv.org