Misurare le grandi quantità di polvere cosmica nello spazio interstellare può essere una chiave per svelare vari misteri del cosmo, incluso il modo in cui si formano i grani e se i nuovi tipi di galassie sono oscurati dalle nuvole di particelle.

Grani di polvere cosmica, che nascono nelle stelle, sono gli elementi costitutivi di altre stelle e pianeti rocciosi come la Terra, così come forse la vita stessa. Però, la nostra comprensione dell'universo polveroso e dei processi che lo formano rimane limitata.

"Ci mancano le conoscenze vitali sull'origine della polvere cosmica, la sua evoluzione, e quindi il carburante per la formazione stellare delle galassie nella recente storia cosmica, ' ha detto la professoressa Haley Gomez, un astrofisico dell'Università di Cardiff nel Regno Unito.

La foschia cosmica significa anche che i processi astronomici chiave sfuggono al rilevamento da parte dei telescopi tradizionali. "La nostra visione dell'universo è stata distorta, ' ha detto il prof. Gomez, che sta intraprendendo un progetto chiamato CosmicDust. “Abbiamo osservato la luce visibile di stelle e galassie. Ma metà di tutta la luce irradiata dalle stelle dal Big Bang è stata di fatto nascosta».

Il problema è, la polvere cosmica è troppo fredda per essere rilevata dai telescopi ottici. Nell'ultimo decennio, però, l'esplorazione della polvere è stata aiutata da importanti missioni spaziali, come le missioni Planck e Herschel lanciate nel 2009. Queste hanno coinvolto telescopi in grado di catturare le galassie nella parte del lontano infrarosso dello spettro, dove le particelle di polvere diventano visibili.

Entrambe le missioni sono terminate nel 2013, lasciando dietro di sé una grande quantità di dati grezzi da approfondire. Questo è sfruttato da DustPedia, uno di un paio di progetti dell'Università di Cardiff che cercano di comprendere meglio le proprietà della polvere spaziale.

Banca dati

DustPedia sta combinando i dati di Herschel e Planck con quelli dei telescopi terrestri e spaziali e di altre parti dello spettro, come il visibile e l'ultravioletto – per creare un enorme archivio per studiare la polvere e le sue interazioni nelle galassie nella parte dell'universo più vicina a noi. Attualmente fornisce immagini per quasi 900 galassie.

"Una delle principali motivazioni per farlo è capire come le galassie si evolvono e cambiano nel tempo, ' ha detto il professor Jonathan Davies, ricercatore principale di DustPedia. Ha spiegato che, ad esempio, gran parte degli elementi chimici sintetizzati dalle stelle risiede nella polvere cosmica. Comprendere quanto di ciascuno di questi è presente aiuta a rivelare quanto sia evoluta chimicamente una galassia, e in definitiva fino a che punto ha proceduto lungo il suo percorso di vita.

Questo può anche aiutarci a confrontare l'evoluzione dei diversi tipi di galassie, ad esempio le differenze tra galassie ellittiche giganti e galassie più piccole appiattite.

Il prof. Davies descrive la polvere cosmica come il fumo di sigaretta soffiato davanti a una lampadina, oscurando gran parte della luce delle stelle.
"Potresti essere indotto a pensare che se una galassia non produce molta luce, non ci possono essere molte stelle lì. Se puoi misurare la quantità di polvere, puoi iniziare a fare correzioni, ' Egli ha detto.

Il progetto CosmicDust del prof. Gomez sta cercando di costruire un ampio catalogo di galassie polverose per creare un "censimento della polvere" aiutato dalle intuizioni di Herschel. Si aspetta che questo aiuti a scoprire nuove misteriose classi di galassie che appaiono povere di polvere nelle immagini della luce visibile, ma in realtà contengono enormi quantità di polvere.

Il progetto ha già terminato il suo primo censimento statistico delle polveri di 15, 000 galassie, scoprendo che alcuni contengono molta più polvere e altri molto meno del previsto, e ha pubblicato cataloghi e mappe che coprono quasi mezzo milione di galassie.

Tra l'altro, il team ha trovato tre nuovi resti stellari esplosivi contenenti molta polvere. interessante, ha detto il prof. Gomez, questi contengono tutti stelle di neutroni in rapida rotazione risultanti da massicce esplosioni stellari, suggerendo che questi possono essere importanti sistemi di produzione di polvere.

Per di più, utilizzando i dati di Herschel per sbirciare indietro di 12 miliardi di anni fino all'universo primordiale, il suo team ha trovato le prime indicazioni che l'universo potrebbe essere stato molto più polveroso in passato rispetto a oggi e quindi caratterizzato da una formazione stellare più rapida.

Il prof. Gomez afferma che le possibili spiegazioni per la polvere mancante di oggi includono i venti galattici che soffiano grandi volumi dalle galassie o la distruzione da onde d'urto di gas caldo.

"Questo è esattamente il tipo di cose che dovremmo essere in grado di testare una volta che i grandi sondaggi sono stati analizzati e i nostri cataloghi e misurazioni sono stati completati, ' lei disse.

I ricercatori mirano anche a risolvere una controversia di lunga data sull'origine della polvere cosmica, ha detto il prof. Gomez - 'se è fatto da stelle simili al sole nelle loro tranquille agonie, o se è molto più violento, invece originato da stelle massicce che si fanno a pezzi alla fine della loro vita.' La ricerca scientifica si sta attualmente orientando verso quest'ultima spiegazione, lei ha aggiunto.

polvere di laboratorio

Un'altra iniziativa, NANOCOSMO, sta modellando la polvere cosmica in laboratorio per costruire un quadro migliore di come si forma e si comporta.
Per fare questo sono stati costruiti diversi allestimenti sperimentali, come la camera della polvere di stelle, che simula la formazione di granelli di polvere.

Ricercatori dell'Istituto di Fisica Fondamentale (IFF) di Madrid, La Spagna sta attualmente utilizzando questa camera a vuoto per studiare la reazione dei singoli elementi presenti nella polvere, esaminando inizialmente gli ammassi di carbonio e la loro interazione con l'idrogeno. In seguito studieranno le interazioni e le proprietà della polvere che coinvolgono silicio, ferro e altri metalli, e la loro interazione con i gas, per simulare ambienti astrofisici più realistici.

"Studiare come si formano le particelle di polvere e come interagiscono con il gas è essenziale per comprenderne le proprietà, ' ha detto il professor José Cernicharo, un fisico che lavora nel campo dell'astrofisica molecolare presso l'IFF e corrispondente ricercatore principale per il progetto NANOCOSMOS. "Derivare la struttura delle prime nanoparticelle formate da elementi diversi è un passaggio obbligatorio per modellare correttamente la fisica e la chimica dei materiali espulsi dalle giganti rosse e dalle supernove."

Comprendere di più sulla formazione delle nanoparticelle non aiuta solo a scoprire cosa sta succedendo nello spazio e a tracciare la storia dell'universo. I modelli che mostrano come la polvere si forma e cresce possono anche aiutare l'innovazione sul nostro pianeta in aree come la nanotecnologia, importante in campi come l'energia verde e la biotecnologia.

Quanto al cosmo, indagare sulla polvere alla fine ci aiuterà a formare un'immagine più completa dell'universo che ci circonda.

"La polvere gioca un ruolo chiave nell'evoluzione fisica e chimica degli oggetti astronomici, ma non può essere adeguatamente considerato nei modelli a causa della nostra conoscenza limitata sulla sua natura e proprietà, ' ha detto il prof. Cernicharo. "Qualsiasi progresso su questa domanda avrà quindi un forte impatto in astrofisica e astrochimica."