Archive for 26 Novembre 2015

La nascita di un buco nero

La nascita di un buco nero (utilizzo di DUNE)

Gli scienziati sperano di utilizzare esperimenti sui neutrini, per guardare una forma possibile di buco nero.

Lauren Biron

I buchi neri ci affascinano. Possiamo facilmente evocare immagini di loro, mentre inghiottono astronavi, ma sappiamo pochissimo di questi strani oggetti. In realtà, non abbiamo mai nemmeno visto una forma di buco nero. Con gli esperimenti sui neutrini, come l’imminente profondo metropolitano Experiment Neutrino,  si spera di cambiare la situazione.

“Devi essere un po’fortunato, – afferma Mark Thomson, portavoce di DUNE – ma sarebbe una delle maggiori scoperte della scienza. Sarebbe assolutamente incredibile. ”

I buchi neri a volte nascono quando una stella massiccia, in genere più di otto volte la massa del nostro Sole, crolla o meglio implodeCi sono un sacco di domande su ciò che accade esattamente durante il processo: con quale frequenza queste stelle collassano e danno luogo a buchi neri? Quando, nel crollo, opera in realtà lo sviluppo del buco nero?

Ciò che gli scienziati sanno è che in profondità nel nucleo denso della stella, protoni ed elettroni sono compressi insieme per formare i neutroni e, l’invio di particelle fantasma chiamate neutrini che sgorgano via. Altra materia rientra verso l’interno. Nel caso da manuale, la materia rimbalza e scoppia, lasciando una stella di neutroniA volte, la supernova ha esito negativo, e non c’è nessuna esplosione; si tratta di una falsa percezione, invece, è appena  nato un buco nero.

I giganteschi rivelatori di DUNEL'esperimento DUNE, pieni di argon liquido, saranno collocati un miglio sotto la superficie cioè saranno riproposti all’interno di una miniera d’oro. Mentre gran parte del loro tempo sarà speso alla ricerca di neutrini inviati dal Fermi National Accelerator Laboratory a 800 miglia di distanza, i rivelatori avranno anche la rara capacità di prendere il collasso del nucleo di una supernova nella nostra galassia (Via Lattea) – o meno e, che porta a un nuovo buco nero.

L’unica supernova mai registrata da un rivelatori di neutrini è stata verificata nel 1987, quando gli scienziati hanno visto un totale di 19 neutrini. Gli scienziati ancora non sanno se questa supernova ha formato un buco nero o semplicemente una stella a neutroni: non c’erano abbastanza dati. Thomson dice che se una supernova si spegne relativamente vicina, DUNE potrà vedere fino a 10.000 neutrini.

DUNE cercherà una firma particolare nei neutrini raccolti dal rivelatore. E ‘previsto che un buco nero si forma relativamente presto in una supernova. I neutrini saranno in grado di lasciare il crollo della supernova, in gran numero, fino a quando emerge il buco nero, che cattura-tutto, compreso la luce e i neutrini. In termini di dati, questo significa che si otterrebbe un grande scoppio di neutrini con un improvviso taglio.

Due muoni

Due muoni derivati da un mesone

I neutrini sono di tre tipi, chiamati gusti: elettroni, muoni e tau. Quando una stella esplode, emette tutti i vari tipi di neutrini, così come le loro antiparticelle.

Sono difficili da catturare. Questi neutrini arrivano con 100 volte meno energia di quelli che arrivano da un acceleratore per esperimenti, e questo rende meno probabile che avvenga l’interazione in un rivelatore.

La maggior parte dei rivelatori di particelle in questo periodo in esecuzione, sono di grandi dimensioni e, in grado di vedere i neutrini di una supernova. Sono i migliori a rilevare antineutrini e elettroni non grandi, oltre che a individuare i loro equivalenti in materia, cioè i neutrini elettronici.

“Sarebbe una tragedia di non essere pronto a rilevare i neutrini in dettaglio in pieno, per rispondere alle domande fondamentali, – dice John Beacom, direttore del Centro per la cosmologia e la fisica delle astro-particelle all’Ohio State University – per fortuna, DUNE è unico”.                                                          “L’unico strumento sensibile a un enorme sorso di elettroni e di neutrini è DUNE, – dice Kate Scholberg, professore di fisica alla Duke University – e questo avviene in funzione dell’utilizzo di argon [come fluido rilevatore]”.

Ci vorrà, però, più di un semplice DUNE per avere il quadro completo.   “Ottenere una suite completa di grandi e potenti rilevatori di tipo diverso, -dice Beacom -, installati e funzionanti è il modo migliore per capire la vita dei buchi neri”.

C’è un grande rivelatore di scintillatore, JUNO nella diapositiva in bassowurm_solar_nus_wit_dec14.pptx

, che adesso opera in Cina, e piani per realizzare un enorme rivelatore a base d’acqua, Hyper-K  nella foto in bassoIl rivelatore ad acqua  Hyper -K, che sarà avviato in Giappone. Rivelatori di onde gravitazionali come LIGO (qui in basso)Rivelatore di onde gravitazionali LIGO

potrebbero, raccogliendo nuove informazioni sulla densità di materia e di ciò che sta accadendo nella fase del crollo implosoniale di una supernova.

“Il mio sogno -afferma Scholberg – è quello di avere una supernova con JUNO, Hyper-K e DUNE tutti online. Certamente costituirebbe il meglio nel mio decennio”.

La velocità con cui i neutrini arrivano dopo il collasso di una supernova, informerà gli scienziati su quello che sta accadendo al centro del nucleo in collasso, ma fornirà anche informazioni sul misterioso neutrino, compreso il modo in cui interagiscono tra di loro e potenziali approfondimenti su quanto, queste piccole particelle, pesano realmente.

Entro i prossimi tre anni, la rapida crescita della collaborazione sul progetto DUNE costruirà e iniziare a provare un prototipo del rivelatore argon liquido ( nella foto in basso)Il rivelatore ad argon liquido italiano Icarus

di 40.000 tonnellate. La versione di 400 tonnellate, sarà il secondo più grande esperimento di argon-liquido mai costruito finora . E ‘previsto che il test, si eseguirà al CERN, a partire nel 2018.

Per DUNE si prevede, che si possa avviare l’installazione del primo dei suoi quattro rivelatori, Facility Sanford, con una ricerca metropolitana, nel 2021.

L’alba di DUNE                                                                                                                                L’esperimento neutrino prima noto come LBNE è stato trasformato. Ha guadagnato la collaborazione circa 50 nuovi istituti membri, ha eletto due nuovi portavoce e scelto un nuovo nome: Neutrino Experiment in profondità, o DUNE.

L’esperimento proposto sarà con lo strumento più potente del mondo per lo studio delle particelle difficili da catturare, chiamati neutrini. Avrà uno sviluppo su 800 miglia. Si inizierà con un quasi rivelatore e un intenso fascio di neutrini prodotti al Fermi National Accelerator Laboratory

Fermi Accelerator Laboratory

 in Illinois. Finirà con un rivelatore lontano, di 10 kilotoni, situato sottoterra in un laboratorio presso l’impianto metropolitano di ricerca a Sanford nel Sud Dakota. La distanza tra i due rivelatori permetterà agli scienziati di studiare il cambiamento dei neutrini che viaggiano quasi alla velocità della luce, dritto attraverso la Terra.

Questo sarà l’esperimento fiore all’occhiello per la fisica delle particelle ospitato negli Stati Uniti, – afferma Jim Siegrist, direttore associato di fisica delle alte energie (Dipartimento dell’Energia Office of Science degli Stati Uniti) – e sarà un momento emozionante per la scienza dei neutrini e la fisica delle particelle in generale.”

Nel 2014, la fisica delle particelle Progetto Prioritization Pannello ha identificato l’esperimento come una priorità assoluta per gli Stati Uniti nello studio della fisica delle particelle. Allo stesso tempo, ha raccomandato la collaborazione e quindi invitare alla partecipazione, quanto più possibile internazionale, nel processo di pianificazione.

Il fisico Sergio Bertolucci, direttore di ricerca e calcolo scientifico del CERN, ha preso il timone di un comitato esecutivo messo insieme per espandere la collaborazione e organizzare l’elezione di nuovi portavoce.

DUNE

ora include scienziati di 148 istituzioni in 23 paesi. Sarà il primo grande progetto internazionale ospitato dagli Stati Uniti per essere supervisionato, congiuntamente, da agenzie esterne.

La collaborazione ha eletto di recente due nuovi portavoce: André Rubbia, professore di fisica all’ETH di Zurigo e, Mark Thomson, professore di fisica all’Università di Cambridge. Uno servirà da portavoce per due anni e l’altro per tre anni, proprio per dare continuità nella leadership.  Rubbia ha cominciato con la ricerca dei neutrini come membro dell’esperimento NOMAD al CERN negli anni ’90. Più di recente è stato una parte di LAGUNALBNO, una collaborazione che stava lavorando per un esperimento lungo una linea di base in Europa. Thomson ha un impegno a lungo termine nel campo sotterraneo statunitense, della fisica dei neutrini, ed è il principale investigatore DUNE, per il Regno Unito.

Gli scienziati si riuniscono per studiare i neutrini, particelle che raramente interagiscono costantemente e che fluiscono attraverso la Terra, ma sinora non sono stati ben compresi. Sono disponibili in tre tipologie e oscillano, o cambiano da tipo a tipo, mentre viaggiano su lunghe distanze. Hanno minuscole masse inspiegabili. I neutrini potrebbero contenere indizi su come l’universo ha cominciato e perché la materia oltrepassa notevolmente l’antimateria, che ci permette di esistere.

“La scienza è ciò che ci spinge, -dice Rubbia – e siamo al punto in cui la prossima generazione di esperimenti sta per affrontare il mistero delle oscillazioni dei neutrini. E ‘un momento unico. ”

Gli scienziati sperano di iniziare l’installazione del rilevatore lontano DUNE entro il 2021. ” Siamo tutti coinvolti- dice Thomson – che sta spingendo in questa direzione, anche se è difficile prevedere che questo progetto, possa avvenire il più presto possibile”.

Verso la visita di Marte con SLS che trasporterà 130 tonnellate di materiali

Da pochi giorni, infatti, la NASA ha superato, sulla carta, tutti i test per il più potente razzo mai costruito dall’agenzia spaziale americano, che dovrebbe portare l’uomo di nuovo sulla Luna e poi verso Marte. È l’SLS, l’acronimo di Space Launch System. Nonostante la riduzione di budget che ha subito anche la NASA, il progetto è stato portato avanti con determinazione e adesso motori, razzi ausiliari (i booster) e l’intero razzo potranno essere messi in produzione e sperimentati per un primo volo senza equipaggio, previsto per il 2018.

TEST PER RS-25. D’altra parte presso lo Stennis Space Center della NASA, in Mississipi, sono iniziati i test dei propulsori noti con la sigla RS-25, che sono una versione modificata del propulsore utilizzato dagli Space Shuttle. Quattro di questi motori spingeranno verso lo spazio il primo SLS e dunque sono fondamentali per la riuscita del programma, che già soffre di forti ritardi. Una prova di accensione del motore è già stata eseguita: è stato acceso per 9 minuti ed ha funzionato perfettamente. Ora sono in programma altre 5-6 prove prima di consegnare definitivamente l’SLS.

COME UN PALAZZO DI 35 PIANI. La prima versione di questo razzo sarà alta 98 metri e sarà in grado di portare in orbita attorno alla Terra 70 tonnellate di materiali.Il motore del nuovo SLS

 

Il motore RS-25 sottoposto ai primi test: deriva dai motori degli Space Shuttle.

 

L’obiettivo finale è un modello alto 117 metri, in grado di portare nello spazio 130 tonnellate di materiali. Durante il primo lancio SLS porterà in orbita attorno alla Luna una capsula Orion Deep Space senza equipaggio, quella che servirà comunque agli astronauti per il viaggio verso Marte. I primi lanci con uomini a bordo sono previsti per il prossimo decennio.

 È l’erede dello Space Shuttle e sarà il razzo più potente mai realizzato: dovrebbe permetterci di tornare sulla Luna, raggiungere addirittura un asteroide entro il 2025 e farci sbarcare su Marte entro il 2030. Costo previsto, 7 miliardi di dollari.

 Il razzo SLS, nella foto in bassoRazzo Sls_Nasa ha un nuovo sistema di propulsione, senza precedenti, basato su tecnologia a combustibile liquido, era stato annunciato nel 2011 ma da allora il progetto era stato rimandato a causa di un lungo processo di revisione.

Adesso, con l’approvazione della NASA, il razzo è pronto per i suoi primi passi. Il volo di prova, una missione di tre settimane senza equipaggio, è previsto entro novembre 2018: sarà portata oltre la Luna, la capsula Orion Deep Space. Questo volo sperimentale avrà un capacità di sollevamento di 77 tonnellate, ma per portare un equipaggio su Marte, dovrà sopportare un carico fino a 140 tonnellate. È questo, secondo gli ingegneri della NASA, il primo passo che permetterà all’uomo di coronare il sogno di sempre: camminare sul pianeta Rosso. E adesso abbiamo anche una nuova data, il 2030, che sembra molto realistica.

SLS system

Il sistema SLS

La NASA sta lavorando per ampliare il manifesto delle missioni da lanciare per mezzo del nuovo vettore pesante Space Launch System (SLS). Sono trapelate delle informazioni riguardanti una nuova serie di missioni che andrebbero a frapporsi fra quelle di Orion con equipaggio. Fra queste missioni esplorative vi sarebbe una sonda destinata a studiare la luna di Giove, Europa, e la Mars Sample Return. Il basso numero di missioni programmate per SLS è sempre stato un problema e Bill Gerstenmaier, amministratore associato della NASA per l’esplorazione e le operazioni umane, ha sempre dichiarato che il nuovo vettore pesante avrebbe dovuto fare almeno una missione l’anno, come requisito ‘necessario’.
La ragione per assicurare una cadenza ripetitiva è dettata da diversi fattori, ingegneristici, di sicurezza e di finanziamento ma anche per formare attorno al vettore un ambiente pubblico più portato a sostenere gli obiettivi futuri della NASA.
Dopo la prima missione al momento prevista il 30 settembre 2018 (dopo essere slittata dal settembre 2017), l’Exploration Mission-1 (EM-1), con una capsula Orion  nella foto in bassoLa capsula Orion della NASAnon abitata destinata a sorvolare la Luna, la successiva sarebbe la EM-2 nel 2021, con il primo equipaggio a bordo destinato a visitare un asteroide catturato.
Entrambe le prime due missioni saranno eseguite dal vettore pesante SLS in configurazione Block 1, quella base da 70 tonnellate di carico utile, dotata di uno stadio superiore (ICPS Interim Cryogenic Propulsion Stage) con un motore RL10B-2 derivato da quello utilizzato dal razzo Delta IV dell’ULA.
Al momento la NASA non ha reso pubbliche informazioni di voli dopo l’ EM-2 ma una nuova lista è in creazione da parte di uno specifico team interno all’agenzia.
Per quanto trapelato vi sarebbe l’interesse di lanciare, sempre con SLS, la missione robotica Europa Clipper nel giugno 2022 o, come data di riserva, nel luglio 2023. Europa Clipper sarebbe una sonda destinata a studiare questa interessante luna di Giove, dove forse, sotto il suo spesso strato di ghiaccio superficiale, si nasconde un oceano che potrebbe ospitare la vita.
Da questa missione il vettore di lancio SLS sarebbe la versione Block 1B dotato dell’Exploration Upper Stage (EUS) e capace quindi di arrivare a 95 tonnellate di carico utile. Questo stadio superiore sarà quindi molto più potente di quello imbarcato sul Block 1 e sarà dotato di quattro motori RL10 a propellenti criogenici.
Se questo nuovo manifesto di missioni diventasse realtà l’EM-3, con equipaggio, potrebbe partire l’anno dopo, il 15 agosto 2023. L’anno successivo l’attenzione si concentrerebbe invece su Marte con il tanto atteso Mars Sample Return (MSR) che ha lo scopo di riportare sulla Terra i campioni del suolo marziano. Una volta portati i campioni in orbita terrestre sarebbero raccolti da un’Orion con equipaggio e portati sulla Terra. Questo tipo di approccio ridurrebbe la complessità della missione tutta robotica, come ipotizzato finora.
L’EM-4 con un Orion dotato di equipaggio e destinata al recupero dei campioni marziani, potrebbe essere lanciata il 15 agosto 2025. Ovviamente tutte queste missioni dovranno essere finanziate e, al momento, sono solo sulla carta.

 

La fitodepurazione con “oasi galleggianti”

Le “oasi” galleggianti che ripuliscono il canale

La fitodepurazione con un oasi galleggiante sul canale

Oasi galleggiante sul canale Gowans

Un esperimento, avviato a New York  che potrebbe benissimo essere proposto anche su altri canali e altri fiumi: strutture galleggianti dove far crescere piante  in grado di ripulire le acque inquinate.

 

Il Gowanus Canal

Il canale Gowans

Il canale Gowans

a New York City è noto per essere uno dei più inquinati degli Stati Uniti. Immaginate la sorpresa quando, alcune settimane fa, è apparsa un’oasi verde sulla superficie dell’acqua. Questo improbabile giardino è un bellissimo colpo d’occhio ma soprattutto sta ripulendo il corso d’acqua dai contaminanti. Il progetto si chiama GrowOnUs, è un esperimento che consta di “strutture galleggianti” che utilizzano un processo chiamato “fitorimedio” capace di rimuovere gli inquinanti. Oltre trenta tipi di piante differenti agiscono come delle spugne per purificare, desalinizzare e mitigare gli effetti delle sostanze chimiche sull’acqua del canale. Le piante vengono fatte crescere dentro a bidoni di metallo che vengono resi galleggianti tramite l’applicazione di materiali come fibra di cocco o bambù. La Balmori Associates, società di New York specializzata nella fabbricazione di infrastrutture ambientali sostenibili dal 1995, sta portando avanti il progetto GrowOnUs dopo avere ricevuto un contributo premio per l’idea dalla Cornelia & Michael Bessie Foundation.

Il canale Gowans

Un altra oasi galleggiante

Secondo Diana Balmori, erano già stati fatti tre tentativi per arrivare ad un mix di piante che fossero in grado di purificare l’acqua, ma l’inquinamento si era rivelato eccessivo. Ora invece si è giunti ad utilizzare vegetali che raggiungono lo scopo. L’intento è quello di rendere Grow OnUs un progetto pilota da estendere non solo alla città ma anche altrove, per favorire il recupero dei corsi d’acqua e di tutta la fauna e la flora che vi potrebbe crescere e vivere. Questo procedimento potrebbe addirittura essere utilizzato per la bonifica di terreni da destinare poi a orti per produzioni alimentari.                            
“Ora il nostro obiettivo -ha detto Balmori – è capire come rendere economicamente sostenibili queste strutture galleggianti”. La collezione di tubi legate insieme intorno ad una struttura pontone -come fusti di plastica da 55 galloni e centinaia di bottiglie di plastica riciclate è un esperimento per testare la fattibilità di coltivazione di piante-e, infine, alimenti su sempre più grandi isole sintetiche per aiutare a fornire le disposizioni locali  agli abitanti della città. “Alla fine,- ha aggiunto la Balmori – vorremmo creare un’isola produttiva per coltivare il cibo e le erbe e frutta per i residenti della città”. Il suo team sarà occupato a monitorare il sito per la sua applicabilità nel proteggere i litorali, la creazione di habitat naturali, la biodiversità, la produzione di energia e, di fornire spazio pubblico. Balmori, capo della Balmori Associates, ha lavorato con Riverkeepers per scegliere le piante più resistenti che avrebbero meglio sopportato le acque torbide del Gowanus

Mappa e sito del canale Gowans

Mappa e sito del canale Gowans

‘. “Abbiamo utilizzato la loro ricerca ,- ha aggiunto Balmori – per scegliere le piante che potrebbero assumere l’inquinamento”  . Il gruppo no-profit controlla gli inquinanti e le sostanze chimiche presenti  in  queste acque e sono convinti sostenitori della pulizia che va avviata nel canale. Balmori anche cercato di piante che costeggiano naturalmente le banche del canale per la vita vegetale dell’isola. “Si può vedere Sumac in diversi posti  -ha detto Balmori-, indicando macchie di verde. Di Sumac se ne può prendere un bel po ‘.” Le altre forme di vita vegetale sull’isola GrowOnUs sono stato scelte per la loro capacità di far lentamente morire l’uso industriale indiscriminato del canale che viene operato nella zona. Balmori ha detto che questo è un segnale per l’industria locale nel quartiere Gowanus. Le piante sull’isola includono frange Carice, Mare Verga d’oro, e Liscio Cordgrass ,tutte selezionate per le loro proprietà che comportano la pulizia dell’acqua. Rudbeckia, Selvaggio Indigo, e Liscio Sumac invece sono state scelte per le loro qualità di produzione. Le piante interagiscono con il canale in una varietà di modi. Alcune delle piante più resistenti traggono la loro acqua direttamente dal corso d’acqua, con le radici che crescono verso il basso attraverso una struttura di bottiglie di maglia e di plastica. Altre piante utilizzano acqua piovana raccolta e utilizzano acqua distillata con attrezzature ad energia solare alloggiato sotto piccole cupole di plastica all’interno dell’isola. Di notte, le luci sotto filtri colorati si illumineranno dolcemente, annunciando la loro presenza sul canale. Diverse nicchie sono state incluse perché l’ isola ha anche lo scopo di creare l’habitat per uccelli e insetti. GrowOnUs è stato presentata lungo una passeggiata in riva alla serra sormontata da Gowanus Whole.