Intervista a Ferdinando Patat, ricercatore presso = ESO =20 =20

pubblicato in Interviste il 30 Settembre = 2007 alle=20 12:40

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La nuova rubrica inizia con l=E2=80=99intervista a Ferdinando Patat, = astronomo=20 all=E2=80=99ESO-Garching in Germania, al quale abbiamo rivolto alcune = domande=20 sull=E2=80=99affascinante mondo delle supernovae.

Biografia

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Ferdinando =E2=80=9CNando=E2=80=9D Patat

Nato a Udine nel 1966, dopo la maturita=E2=80=99 scientifica si = iscrive=20 all=E2=80=99Universita=E2=80=99 di Padova, dove si laurea in Astronomia = nel 1992, con una tesi=20 sperimentale sulle supernovae=20 (SNe d=E2=80=99ora in poi). Nel 1993 inizia il = dottorato di ricerca in=20 Astronomia presso l=E2=80=99Osservatorio Astrofisico di = Asiago.=20 Nel 1994 gli viene offerta una studentship presso i quartieri generali = dell=E2=80=99=20 ESO, dove = completa la=20 tesi di dottorato sotto la supervisione di John Danziger. Nel 1997 = accetta una=20 post-doctoral fellowship a sito La Silla dell=E2=80=99ESO, in Cile, dove = lavora nei=20 team dei telescopi da 2.2 metri e 3.6 metri. Nel 1999 entra a far parte = dello=20 staff internazionale di ESO-Garching presso = cui, dal=20 2001, presta servizio come astronomo associato nello Users Support = Department,=20 dove svolge attivita=E2=80=99 di supporto per alcuni degli strumenti del = Very=20 Large Telescope (VLT -=20 8.2 metri).

Membro di numerose collaborazioni internazionali, della International = Astronomical=20 Union e della ESO=20 Faculty, si occupa principalmente di supernovae=20 nell=E2=80=99universo locale. Recentemente ha pubblicato=20 su Science (volume 317, pagina 924 del 2007) i risultati di una ricerca = sui=20 progenitori delle SNe di tipo Ia, frutto di una vasta=20 collaborazione che ha coinvolto ricercatori europei, americani e = giapponesi.=20

Nel tempo libero si dedica all=E2=80=99archeoastronomia e suona il = flauto traverso,=20 ma per comprendere meglio il suo campo di ricerca = gli=20 abbiamo rivolto alcune domande alle quali ha prontamente risposto = direttamente=20 dal Paranal, durante una sessione=20 osservativa, corredandole anche di alcune foto:

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Cliccare sull=E2=80=99immagine per visitare la galleria

L=E2=80=99intervista

Ci puo=E2=80=99 parlare brevemente della storia delle SN, delle loro = tipologie e per=20 quale motivo sono cosi=E2=80=99 interessanti da studiare?

Lo studio delle SNe in epoca moderna = inizia nel=20 1885, quando l=E2=80=99astronomo estone E. Hartwig = scopre, nella galassia di = Andromeda,=20 un nuovo oggetto che viene indicato come S And. Poco = dopo la=20 scoperta, il suo spettro viene = osservato=20 visualmente e rivela delle caratteristiche mai viste prima: su un = continuo molto=20 brillante emergono delle bande in emissione, estremamente larghe e di = natura=20 ignota. Dieci anni dopo, un evento simile (Z Cen) viene scoperto nella = galassia = NGC=20 5253 e il suo spettro viene = registrato=20 su una lastra fotografica.

Dopo di allora, altri oggetti vengono scoperti sporadicamente e si = deve=20 attendere fino al 1927 per il passo successivo. L=E2=80=99astronomo = tedesco W.=20 Baade, avendo compreso che questi eventi dovevano essere ben = diversi=20 dalle piu=E2=80=99 note stelle novae, le chiama = =E2=80=9Chauptnovae=E2=80=9D . Dopo aver superato lo = scetticismo della comunit=C3=A0=20 astronomica, Baade e lo svizzero F. Zwicky danno inizio = alla=20 prima ricerca sistematica presso il Caltech. Il termine=20 Supernova (comunemente abbreviato in = SN) fa la=20 sua comparsa nel 1931, quando Zwicky comprende che = questi=20 oggetti hanno una luminosita=E2=80=99 pari a qualcosa come 10 miliardi = di stelle come il=20 Sole. Nel 1936 prende l=E2=80=99avvio la ricerca sistematica di SNe con = lo Schmidt di=20 monte Palomar, mentre nel 1937 R. Minkovski inizia lo = studio=20 spettroscopico di questi oggetti. Sulla base di questi dati, nel 1941, = Baade e=20 Minkowski introducono i tipi I e II, = che si=20 distinguono per l=E2=80=99assenza o la presenza di righe = dell=E2=80=99idrogeno, rispettivamente.=20

A partire da allora, ma soprattutto dopo la scoperta della SN esplosa = nella=20 Grande Nube di Magellano (SN1987A), lo studio delle SNe = ha=20 conosciuto uno sviluppo sempre maggiore, tanto che al giorno = d=E2=80=99oggi si scoprono=20 oltre 350 nuovi eventi ogni anno. Cio=E2=80=99 ci ha = condotti ad uno=20 scenario piuttosto aggrovigliato. Anche se si ignorano ancora molti = dettagli, il=20 fatto fondamentale =C3=A8 che si hanno due meccanismi: = l=E2=80=99esplosione termonucleare di=20 stelle di piccola massa e il collasso gravitazionale del nucleo di = stelle piu=E2=80=99=20 massicce. Il capitolo piu=E2=80=99 recente nella storia delle SNe = riguarda l=E2=80=99utilizzo di=20 una loro sotto-classe (le cosidette Ia) come indicatori = di=20 distanza su scale cosmologiche. E cio=E2=80=99 ha portato alla = conclusione=20 che
l=E2=80=99espansione dell=E2=80=99universo, contrariamente a = quanto si credeva, ha=20 probabilmente subito una fase di accelerazione.

A parte le implicazioni cosmologiche, di per se=E2=80=99 gia=E2=80=99 = d=E2=80=99importanza=20 fondamentale, lo studio delle SNe investe molti campi dell=E2=80=99astrofisica= , come=20 l=E2=80=99evoluzione stellare, la fisica del mezzo=20 interstellare e l=E2=80=99evoluzione chimica delle galassie.

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Quali strumenti dell=E2=80=99ESO vengono utilizzati per la loro = indagine?

Una volta che una SN viene scoperta e classificata in base al suo spettro, = e=E2=80=99 molto=20 importante seguirne l=E2=80=99evoluzione in modo dettagliato per il = maggior tempo=20 possibile finche=E2=80=99, una volta che il materiale espulso si = e=E2=80=99 espanso e=20 raffreddato, l=E2=80=99oggetto non e=E2=80=99 piu=E2=80=99 osservabile. = Le varie fasi dell=E2=80=99evoluzione=20 vegono studiate a ESO=20 utilizzando la gran parte dei telescopi e degli strumenti disponibili. = Mentre le=20 fasi iniziali sono seguite con il 3.5m-NTT ed il 3.60m posti a La Silla, = le=20 epoche piu=E2=80=99 avanzate vengono generalmente coperte con i = telescopi da 8.2m di=20 Paranal.

Oltre ai classici studi fotometrico e spettroscopico (sia = nell=E2=80=99ottico che=20 nell=E2=80=99infrarosso), VLT permette=20 ora l=E2=80=99utilizzo della spettro-polarimetria, che = ci consente di=20 ottenere informazioni sulla geometria dell=E2=80=99esplosione, un punto = fondamentale=20 nello studio di questi oggetti. Mentre la fotometria e la spettroscopia = ci=20 dicono come varia la luminosita=E2=80=99 e la distribuzione spettrale di = energia con=20 l=E2=80=99andare del tempo, la polarimetria ci consente di comprendere = se una frazione=20 (in genere molto piccola) delle onde elettromagnetiche emesse dalla SN = oscilla=20 su un piano ben definito. Anche frazioni dell=E2=80=99ordine di 1% = indicano la presenza=20 di asimmetrie o di disomogeneita=E2=80=99 nell=E2=80=99esplosione. = Nessun altro metodo, nemmeno=20 l=E2=80=99interferometria, e=E2=80=99 in grado di darci questo tipo di = informazioni.

Purtroppo, questa tecnica richiede un segnale molto forte e, dunque,=20 telescopi di grande diametro. Con l=E2=80=99entrata in funzione del = VLT, equipaggiato con il = versatilissimo=20 FORS1 (vedi=20 sito), questo studio e=E2=80=99 divenuto possibile, con = un=E2=80=99accuratezza che non ha=20 precedenti. L=E2=80=99avvento di VLT ha=20 reso fattibile anche la spettroscopia ad alta risoluzione delle SNe, = permettendo=20 di studiare emissioni e/o assorbimenti molto deboli, legati al materiale = circumstellare, e dunque fondamentali per capire la natura delle stelle = che=20 esplodono. Con telescopi della classe 4 metri questo tipo di analisi era = proibitivo.

In generale, con l=E2=80=99entrata in operazione del VLT, gli astronomi europei che = si=20 occupano di SNe hanno potuto competere con i loro colleghi americani e, = posso=20 dire con orgoglio, batterli almeno su alcuni fronti. La polarimetria = e=E2=80=99=20 certamemte uno di questi.

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Le SN possono aiutare a risolvere la questione = cosmologica?

Per poter essere usato come strumento cosmologico un certo oggetto=20 astronomico deve soddisfare a due requisiti:

a) essere estremamente brillante=20
b) appartenere ad una classe omogenea (o almeno = =E2=80=9Comogeneizzabile=E2=80=9D)=20

Non tutte le SNe soddisfano questi requisiti. Ad esempio, le SNe che = si pensa=20 derivino dal collasso gravitazionale di stelle massicce hanno = proprieta=E2=80=99 molto=20 variabili. Al contrario, gli eventi che si credono derivare = dall=E2=80=99esplosione di=20 nane bianche che accrescono materia da una stella compagna = all=E2=80=99interno di un=20 sistema binario (le cosi=E2=80=99 dette SNe di tipo Ia), mostrano = caratteristiche molto=20 simili, anche se non sono esattamente identiche. Inoltre, sono = estremamente=20 brillanti, tanto che durante la fase di massimo splendore (che ha luogo = circa 20=20 giorni dopo l=E2=80=99esplosione) raggiungono una = luminosita=E2=80=99 confrontabile con=20 quella della galassia a cui appartengono. Cio=E2=80=99 le rende = visibili a=20 distanze enormi, permettendo, almeno in linea di principio, di studiare = la=20 storia dell=E2=80=99universo fino ad epoche molto remote.

Il concetto e=E2=80=99 piuttosto semplice. Se si conosce la = luminosita=E2=80=99 intrinseca=20 dell=E2=80=99oggetto, si puo=E2=80=99 risalire alla sua distanza = direttamente dalla luminosita=E2=80=99=20 apparente. Confrontando questa distanza con quanto ci si attenderebbe da = un=20 certo modello cosmologico (ad esempio quello dell=E2=80=99espansione = libera) si puo=E2=80=99=20 tentare di distinguere fra varie possibilita=E2=80=99. Ed e=E2=80=99 = stato grazie a=20 considerazioni di questo tipo che due team di ricercatori sono giunti,=20 indipendentemente, alla conclusione che l=E2=80=99universo ha = attraversato una fase di=20 accelerazione. A sua volta, questo ha portato al sospetto che possa = esitere una=20 forza di tipo repulsivo (gia=E2=80=99 introdotta da Einstein) o che vi = sia un nuovo tipo=20 di energia, di cui si ignora la natura e per questo indicata come = =E2=80=9Coscura=E2=80=9D.

Va detto subito che tutto si regge sull=E2=80=99assunzione che le Ia = che esplodono=20 nell=E2=80=99universo locale siano identiche a quelle che esplodono a = grandi distanze.=20 Ma nessuno ce lo garantisce (in verita=E2=80=99, poche cose sono = garantite in astrofisica= ). Per=20 questo motivo e=E2=80=99 di importanza fondamentale comprendere come = avvenga=20 l=E2=80=99esplosione, che ruolo abbia la composizione chimica e via = dicendo.

Tutte cose che, al momento, sono abbastanza oscure, ma che dovremo=20 necessariamente chiarire prima di poter concludere a favore di uno = scenario=20 piuttosto che di un=E2=80=99altro.

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Osservando la tavola periodica possiamo dire che non siamo solo = figli delle=20 stelle, ma soprattutto delle SNe?

Una stella =E2=80=9Cnormale=E2=80=9D, diciamo come il nostro Sole, = sintetizza elementi=20 pesanti a partire dall=E2=80=99idrogeno. Tuttavia, questi elementi = restano confinati=20 all=E2=80=99interno della stella e dunque non arricchiscono il mezzo=20 interstellare. In alcuni casi, certe stelle perdono materiale dalla=20 superficie con un meccanismo che viene detto vento = stellare.=20 In altri, le stelle perdono i loro strati superficiali = all=E2=80=99attraversare la fase=20 di nebulosa = planetaria. Ma=20 nel caso delle SNe, l=E2=80=99esplosione riversa istantaneamente = nell=E2=80=99ambiente=20 circostante grandi quantita=E2=80=99 di materiale, arricchendolo degli = elementi pesanti.=20 Questo gas, un giorno, andra=E2=80=99 a formare altri sistemi stellari, = nei quali forse=20 si formeranno dei pianeti che erediteranno la composizione chimica della = SN.=20

A differenza del materiale perso attraverso i venti stellari, nel = caso delle=20 SNe il gas viene espulso ad altissime velocita=E2=80=99, superiori ad un = decimo della=20 velocita=E2=80=99 della luce. Questo provoca delle onde d=E2=80=99urto = nel mezzo=20 interstellare circostante, con importanti conseguenze sulla = formazione di=20 altri sistemi stellari e, in ultima analisi, di sistemi planetari. Per = questo=20 motivo non siamo troppo lontani dalla verita=E2=80=99 nel dire che il = calcio delle=20 nostre ossa ed il ferro del nostro sangue sono stati prodotti in una = stella, e=20 liberati nel mezzo=20 interstellare tramite l=E2=80=99esplosione di una supernova. In astrofisica= , per un=20 motivo o per l=E2=80=99altro, e=E2=80=99 difficile evitare di fare i = conti con le SNe.

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Abbiamo dimenticato le Hypernovae?

Certo, questa e=E2=80=99 l=E2=80=99ultima specie che si e=E2=80=99 = aggiunta al gia=E2=80=99 variegato zoo=20 delle SNe verso la fine degli anni =E2=80=9890. A partire dalla scoperta = di=20 SN1998bw (avvenuta tramite i telescopi di ESO), la connessione = fra alcune=20 SNe e un tipo di gamma-ray burst (GRB) e=E2=80=99 divenuta chiara, = tanto che questo=20 evento e=E2=80=99 spesso considerato come l=E2=80=99equivalente della = stele di Rosetta.

Oltre ad essere associata ad un flash di raggi gamma, 1998bw ha = mostrato=20 delle proprieta=E2=80=99 senza precedenti in quanto a = luminosita=E2=80=99 e a velocita=E2=80=99 del=20 materiale espulso, che ha raggiunto velocita=E2=80=99 relativistiche. = Per questo motivo=20 si e=E2=80=99 iniziato a parlare di Hypernovae, visto = che il prefisso=20 =E2=80=9Csuper=E2=80=9D non pareva sufficientemente superlativo per = descrivere queste nuove=20 =E2=80=9Cbestie=E2=80=9D. Da quel momento, le due comunita=E2=80=99 = scientifiche, quella dei GRB e quella delle SNe, si sono = avvicinate,=20 portando a studi combinati. Come al solito, ma come e=E2=80=99 anche = giusto che sia, ci=20 ritroviamo ora con piu=E2=80=99 domande (e meno risposte) di prima.

Nella scoperta delle SNe gli astrofili sono molto attivi. In che = modo=20 possono contribuire?

Indubbiamente quello delle SNe e=E2=80=99 un campo dove = gli=20 astrofili possono dare un apporto significativo al progresso=20 scientifico. Di fatto, circa un terzo delle SNe viene scoperto da = astronomi non=20 professionisti e, di solito, si tratta di oggetti = =E2=80=9Cvicini=E2=80=9D e quindi ben=20 studiabili e dunque particolarmente =E2=80=9Cappetitosi=E2=80=9D per gli = specialisti. La=20 diffusione dei CCD commerciali e della possibilita=E2=80=99 di = controllare piccoli=20 telescopi con un computer ha fatto fare un passo enorme alle = potenzialita=E2=80=99 degli=20 astrofili. Certo, ci vuole molta passione e pazienza. Due doti che, per = fortuna,=20 non mancano nel mondo amatoriale.

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