WR104: un fucile puntato verso la Terra

12 Mag

Un nostro affezionato lettore ha lasciato un commento molto interessante nella sezione:

Hai domande o dubbi?

La richiesta riguardava un approfondimento sulla stella WR104 e sull’eventuale pericolo che l’evoluzione naturale di questo corpo potrebbe rappresentare per la Terra.

Se provate a cercare informazioni in rete, trovate una vasta bibliografia catastrofista su questo corpo. Senza mezzi termini, in molte occasioni, la WR104 e’ anche chiamata la “stella della morte” proprio per indicare il potenziale pericolo per la vita sulla Terra rappresentato dall’esplosione di questo oggetto celeste.

Cosa c’e’ di vero in tutto questo?

Cerchiamo al solito di andare con ordine, inquadrando prima di tutto di cosa stiamo parlando e poi cercando di valutare se c’e’ veramente un pericolo prossimo per la Terra.

La WR104 e’ una stella che, come indica il nome stesso, appartiene alla categoria Wolf-Rayet. Si tratta di stelle molto calde, tra 25000 e 50000 gradi, con masse superiori a 20 volte quelle del nostro sole e caratterizzate da una forte emissione di vento stellare. Dalle osservazioni, i corpi di questa categoria arrivano ad emettere fino ad un miliardo di volte la quantita’ di materia emessa dal sole ogni anno. Questo solo per far capire quanto siano attive le stelle di questa categoria. Si tratta di corpi abbastanza rari nell’universo rispetto ad altre tipologie. Fino ad oggi, sono state osservate soltanto 230 Wolf-Rayet nella nostra Galassia di cui 100 nella Grande Nube di Magellano.

Come visto in altri post, ciascuna categoria stellare presenta un processo evolutivo che parte dalla sua formazione fino alla sua morte, intesa come trasformazione in qualcosa non piu’ mutevole. Le stelle di Wolf-Rayet terminano il loro ciclo vitale esplodendo come supernovae di tipo Ib o Ic. Di questi fenomeni abbiamo parlato gia’ in quest’articolo:

E se domani sorgessero due soli?

Animazione di un lampo gamma

Animazione di un lampo gamma

Data la  loro grande massa, si prevede che le WR, durante il collasso, si traformino in buchi neri emettendo moltissima energia sotto forma di Gamma Ray Burst, o GRB.

Cos’e’ un GRB?

Si tratta di un’emissione molto potente di raggi gamma, evento tra i piu’ potenti osservati nel nostro universo. Per darvi una stima, la quantita’ di energia emessa durante un GRB, tipicamente inferiore a qualche secondo, e’ maggiore di quella che il nostro Sole emette in tutto il suo ciclo vitale.

Piu’ o meno, nel nostro universo, si osserva circa 1 GRB al giorno molto distante da noi e questi eventi sono continuamente registrati dai nostri telescopi.

Bene, ora che abbiamo un quadro piu’ completo, torniamo a parlare di WR104.

Come detto, si tratta di una stella Wolf-Rayet, quindi caratterizzata dal ciclo vitale di cui abbiamo parlato. La WR104 appartiene ad un sistema binario con una stella detta di classe O. La continua emissione di vento stellare di questi corpi, rende il sistema doppio molto affascinante dal momento che le due emissioni si scontrano nello spazio di separazione formando una bellissima spirale in movimento. L’animazione a fianco puo’ far capire meglio come questo sistema appare ai nostri telescopi.

Dinamica del sistema binario con WR104

Dinamica del sistema binario con WR104

ll sistema doppio a cui appartiene la WR104 si trova nella costellazione del Sagittario, e dista da noi circa 8000 anni luce.

Dunque? Cosa c’e’ di pericoloso nella WR104?

Dalle osservazioni fatte, questa stella si troverebbe molto vicina alla conclusione del suo ciclo evolutivo per cui, come detto, potrebbe esplodere in una supernova con una potente emissione di raggi gamma. Data la tipologia di rilascio, si considerano pericolosi i GRB che avvengono a distanze inferiori a circa 7000 anni luce da noi. Come visto, la WR104 si trova a 8000 anni luce, distanza paragonabile con questo limite di sicurezza.

A questo punto, le domande importanti a cui dobbiamo rispondere sono: quali effetti avrebbe sulla Terra? Esiste la possibilita’ che il GRB ci colpisca? Quando dovrebe avvenire?

Cominciamo dagli effetti. Come detto, nel Gamma Ray Burst viene emesso un flusso elevato di fotoni con energie comprese tra 0.3 e  2 MeV. Se questo fascio di particelle dovesse investire la Terra, l’interazione dei fotoni con la troposfera causerebbe una dissociazione dell’azoto molecolare con formazione di ossidi di azoto. Questo comporterebbe una drastica riduzione dello strato di ozono che, come visto in questo post:

Che fine ha fatto il buco dell’ozono?

e’ fondamentale per il matenimento della vita sulla Terra. Da stime preliminari, si e’ evidenziato come l’emissione di un GRB che colpisse completamente la Terra, porterebbe ad una riduzione fino al 30% dell’ozono. In questo caso, la diminuita protezione dai raggi solari dannosi, comporterebbe seri problemi per la vita sulla Terra, portando, secondo alcune stime, all’estinzione di diverse specie e alla modificazione del DNA di altre. Diciamo che come scenario, non e’ del piu’ rassicuranti.

Prima di farci prendere dal panico, cerchiamo pero’ di rispondere alla seconda domanda: il GRB della WR104 potrebbe veramente colpirci?

Durante un lampo gamma, la radiazione non viene esplusa in tutte le direzioni, ma viene emessa in due stretti coni coincidenti con l’asse di rotazione della Stella. Detto in parole semplici, il pericoloso fascio non arriva ovunque, ma l’asse di rotazione indica proprio la direzione di questo “sparo” di particelle:

Emissione di gamma di un GRB

Emissione di gamma di un GRB

 

Dunque, per poter essere colpita, la Terra si dovrebbe proprio trovare allineata con l’asse di rotazione della WR104. In rete trovate che dalle misure scientifiche, questa e’ proprio la condizione misurata. Fortunatamente, questo e’ vero solo in parte. Mi spiego meglio. Dalle misure effettuate, l’asse di rotazione del sistema binario, sembra puntare in direzione del sistema solare. Ora pero’, stiamo prima di tutto parlando di un qualcosa distante da noi 8000 anni luce. Per questo motivo, esiste sempre un’incertezza sperimentale su misure angolari di questo tipo. Dire che si trovano perfettamente allineati, non e’ corretto. La misura angolare del sistema doppio, con una incertezza sperimentale piu’ o meno grande, copre anche il nostro sistema solare, ed in particolare la Terra.

Anche se la mia potrebbe sembrare una sottigliezza per distrarre l’attenzione, queste valutazioni sono molto importanti in questo caso. L’emissione di gamma in un GRB avviene in un cono molto stretto, con un’apertura dell’ordine di pochi gradi. Per fare un esempio facile, immaginate di sparare una freccia a grande distanza. Piu’ siete lontani, maggiore e’ la precisione che dovete usare per colpire un corpo esteso. Per il GRB vale esattamente la stessa cosa. Il piccolo cono di emissione rende l’aalineamento richiesto molto preciso e difficilmente si possono fare stime a questo livello per distanze di quest’ordine.

Inoltre, quello che viene misurato e’ l’asse di rotazione del sistema binario, non quello di WR104. Secondo i modelli, le stelle di un sistema binario vengono formate dall’aggregazione della stessa polvere cosmica. Questo significa che l’asse di rotazione di ciascun corpo e’ in relazione con quello del sistema nel suo complesso, ma possono esserci degli spostamenti dovuti alla dinamica del sistema. In un discorso di allineamenti cosi’ precisi come quelli richiesti, capite bene che e’ estremamente difficile valutare tutti questi fattori.

Come potete capire, non sono attendibili tutte quelle voci che dicono che la WR104 punti “esattamente” verso di noi. In tutto questo poi, ho omesso di parlare di lente gravitazionale e di altri effetti che potrebbero in qualche modo complicare ancora di piu’ la precisione richiesta per l’allineamento. Ovviamente questo non significa nulla neanche in verso opposto, cioe’, allo stesso modo, non sono attendibili tutte quelle fonti che parlano di allineamento impossibile. Tenendo a mente la legge di Murphy, o se volete in termini meno scientifici “la fortuna e’ cieca ma la sfortuna ci vede bene”, cerchiamo invece di capire quando dovrebbe avvenire questo pericoloso GRB.

Poiche’ la distanza tra noi e WR104 e’ di 8000 anni luce, la radiazione del lampo gamma impiegherebbe proprio 8000 anni per arrivare fino alla Terra. Da questa considerazione, secondo alcune fonti, il GRB potrebbe gia’ essere avvenuto e sarebbe in viaggio verso di noi.

Su questo punto, esistono opinioni scientifiche del tutto contrastanti. Vista la complessita’ del sistema, non e’ assolutamente facile fare una stima precisa. Secondo le teorie piu’ accreditate, i modelli di evoluzione di una stella di tipo WR prevedono, prima del suo collasso, un aumento significativo della velocita’ di rotazione accompagnato anche da un aumento del vento stellare. Queste caratteristiche sono in contrasto con quanto osservato oggi mediante i telescopi in orbita.

Cosa significa questo?

Secondo questi modelli, come detto maggiormente accreditati, la WR104 sarebbe ovviamente vicina al collasso, ma non ancora prossima a questo evento. In questo caso, si parla di periodi prima del GRB che arrivano anche a centinaia, se non migliaia di anni. Di contro pero’, esistono modelli che parlano di tempi molto piu’ stretti. Ovviamente, gli 8000 anni si separazione tra noi e la stella sono gia’ conteggiati. E’ come se osservassimo un qualcosa avvenuto 8000 anni prima.

Concludendo, la WR104 “potrebbe” realmente rappresentare un pericolo per la vita sulla Terra. Il condizionale e’ pero’ d’obbligo. Come visto, prima di tutto, e’ impossibile parlare di allineamento cosi’ preciso tra noi e l’asse di emissione del fascio. In questa stima entrano tantissimi parametri, difficilmente quantificabili, e che, vista la distanza, potrebbero rappresentare la differenza tra essere colpiti in pieno o completamente mancati. Per quanto riguarda l’istante in cui verra’ emesso il GRB, anche qui le opinioni sono molto contrastanti. Secondo alcuni, il collasso potrebbe gia’ essere avvenuto, mentre secondo altre fonti, mancherebbero ancora moltissimi anni.

Visti i tanti condizionali utilizzati, non resta che attendere. L’unica cosa positiva e’ che, se dovesse avvenire un evento del genere, difficilmente potremmo farci qualcosa, almeno allo stato attuale. Sicuramente, come evidenziato piu’ volte, affinche’ il pericolo si manifesti, sarebbero necessarie condizioni ben precise la cui probabilita’ di avvenire tutte allo stesso tempo e’ estremamente bassa. Detto questo, credo sia inutile preoccuparsi. Sarebbe come non uscire di casa perche’ esiste la remota probabilita’ che una tegola ci cada in testa.

 

Psicosi 2012. Le risposte della scienza”, un libro di divulgazione della scienza accessibile a tutti e scritto per tutti. Matteo Martini, Armando Curcio Editore.

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12 Risposte to “WR104: un fucile puntato verso la Terra”

  1. Renato maggio 12, 2013 a 4:46 pm #

    Caro Matteo,
    Un altro articolo interessantissimo come sempre. Avevo già letto qualcosa riguardante i grb, ma una cosa non mi é chiara e volevo un tuo chiarimento. Oltre ai danni all’ozono e il rischio di danneggiamento del DNA, se dovessimo essere colpiti da un grb si produrrebbe anche un IEM (impulso elettromagnetico) con le conseguenze note? Comunque concordo sulla bassa probabilità di essere colpiti e in ogni caso non si può fare nulla. Non esistono schermature o protezioni di nessun genere.
    Renato

    • psicosi2012 maggio 12, 2013 a 5:57 pm #

      Ciao Renato,
      l’impulso elettromagnetico non e’ previsto. Per avere un effetto di questo tipo si devono avere particelle cariche in grado di apportare o modificare un campo elettromagnetico. Pensa ad esempio agli effetti di un ordigno termonucleare o alle emissioni solari di particelle cariche.

      Nel caso del GRB, si avrebbero fotoni che impattano sull’atmosfera, dunque particelle non dotate di carica elettrica. Nell’interazione con le molecole della troposfera, si rompe il legame N2 e questo poi va ad attaccare a sua volta quello dell’ozono, O3, formando ossidi. n questo processo, completamente chimico, si ha la riduzione dello strato dell’ozono con una riduzione notevole delle molecole di O3.

      Comunque, la probabilita’ di essere colpiti e’ bassa, ma e’ importante e interessante studiare fenomeni di questo tipo. Ci sono sempre molte cose da imparare.

      Grazie mille dell’interessante commento.

      Matteo

  2. Ale maggio 12, 2013 a 4:48 pm #

    Bellissimo articolo grazie mille, penso di essere stato catturato dalla storia del 2012 e ora mi trovo a farmi paranoie, la cosa a cui bisogna pensare per sconfiggere queste paure è che la terra è nata miliardi di anni fa perché non dovrebbe durarne altri milioni?

    • Ale maggio 12, 2013 a 4:57 pm #

      Quindi difficilmente potrebbe essere già esplosa e in ogni caso il raggio impiegherebbe 8000 anni giusto?

      • psicosi2012 maggio 12, 2013 a 5:50 pm #

        Nella concezione vista, si pensa che molto probabilmente non sia ancora esplosa. Questo nasce dall’osservazione sia dell’emissione di vento stellare che dalla rotazione del sistema binario. Questi parametri doverebbero modificarsi notevolmente prima dell’emissione di un GRB, cosa che dalle osservazioni attuali non risulta.

        Detto questo, la WR104 e’ sicuramente un potenziale pericolo, ma e’ assolutamente inopportuno preoccuparsene.

        Grazie a te caro Ale per l’ottimo suggerimento!

        Matteo

  3. Sidus maggio 14, 2013 a 8:43 pm #

    Diciamo che WR104 non è l’unico pericolo, esiste anche Eta Carinae che è più difficile da osservare, però per fortuna non sembra che l’asse di rotazione punti verso il sistema solare, in ogni caso la mia domanda è la seguente, tu nel post hai scritto:

    “Si considerano pericolosi i GRB che avvengono a distanze inferiori a circa 7000 anni luce da noi”

    Però Wikipedia esprime chiaramente che “Alcuni scienziati sostengono che se questa remota possibilità si avverasse, il lampo gamma riuscirebbe a spazzare via circa il 25 % dell’atmosfera terrestre, anche ad una distanza di 8000 anni luce, con effetti devastanti per il nostro pianeta.”

    Sempre secondo wikipedia l’energia trasferita da un simile fenomeno sull’atmosfera terrestre sarebbe equivalente a un chilotone di tritolo (4,2 × 1012 J) per ogni km2 di superficie dell’emisfero esposto all’evento, dieci volte la dose letale per ogni forma di vita, sul serio dici che questo non sia pericoloso? xD

    • psicosi2012 maggio 14, 2013 a 10:48 pm #

      Ciao Sidus,
      ottimo commento. Cerco di rispondere a tutti gli interessanti punti mossi.

      Quando si parla di distanze inferiori a 7000 anni luce, si intende, visti i valori, l’ordine di grandezza a cui gli effetti potrebbero arrecare seri danni al bersaglio. In tal senso 7000, 8000, 6000 e’ praticamente la stessa cosa. Diciamo, in linea di massima, che fino a 10000 anni luce gli effetti si farebbero sentire eccome. Ovviamente, per dirlo in modo diverso, non stiamo parlando di effetti a soglia, cioe’ meno di 7000 anni luce ci sono effetti, sopra i 7001 non succede nulla.

      Riguardo agli effetti diretti, come hai visto, anche nel post si parla di una riduzione fino al 30% dello strato di ozono. Quando dico “colpita direttamente” non mi riferisco in termini di distanza che e’ fissata a quella di WR104, ma in termini di cono d’energia. Come visto, l’emissione gamma ha un angolo, seppur stretto, d’apertura. In questo senso, a queste distanze, per quanto piccolo possa essere l’angolo e dunque il fascio di gamma ben collimato, il bersaglio potrebbe essere “spizzato” dal fascio e quindi preso solo di striscio. Parlando di “colpo diretto” intendo che tutta l’energia trasportata dal flusso di fotoni possa essere assorbita dalle molecole di azoto in atmosfera.

      Riguardo al paragone con il tritolo, non sono pienamente d’accordo perche’ si stanno mescolando un po’ patate con broccoli. Parlando di GRB siamo nel campo delle interazioni particelle-atomi. Se invece parliamo di TNT allora stiamo paragonando un’onda d’urto dovuta ad un’esplosione. Come puoi capire, il concetto e’ completamente diverso. Non parlerei neanche di dose sugli esseri umani, dal momento che questa non e’ facilmente ricavabile. Come visto, per costruzione geometrica, i gamma sarebbero assorbiti dall’azoto atmosferico. In questo caso, la radiazione primaria sarebbe “schermata” da queste molecole e dunque non parlerei di dose assorbita dagli esseri umani. Nonostante questo, come visto nell’articolo, l’effetto secondario sarebbe la formazione di azoto libero che andrebbe ad attaccare l’ozono diminuendo notevolmente lo strato protettivo. Come sappiamo, questo e’ fondamentale per schermare le radiazioni nocive da parte del sole. Dunque, in caso di bersaglio colpito, non mi preoccuperei della dose di gamma assorbita dall’uomo quanto piuttosto della mancanza dello strato di ozono e dunque degli effetti, questa volta sull’uomo, delle radiazioni solari.

      Dico che non e’ pericoloso? Tutt’altro, come visto anche in questo commento, gli effetti dovuti ad un GRB che colpisce la terra a distanze fino a qualche migliaio di anni luce, sarebbero devastanti. Quello che ci deve far riflettere prima di trascendere nel catastrofismo sono le considerazioni fisiche dell’emissione dei gamma. Riprendendo il caso di WR104, il cono di emissione e’ molto stretto. Questo significa che a quella distanza lo spin di rotazione deve puntare esattamente, entro pochi secondi di arco, alla Terra. Condizione difficile da realizzare. Inoltre, ci possono essere le differenze viste nell’articolo tra lo spin del sistema binario e quello di WR104. Anche in questo caso, come visto nel punto precedente, uno spostamento angolare piccolo potrebbe segnare la differenza tra essere centrati in pieno e mancati completamente. Detto questo, non mi preoccuperei piu’ di tanto di WR104. Ovviamente e’ fondamentale seguire la sua evoluzione e capire quanti piu’ parametri possibile, ma pensare che da un momento all’altro possa colpirci e’ come non uscire di casa per la paura che una tegola possa arrivarci dritta in testa. Esiste questa probabilita’? Certamente si ma la tegola si deve staccare e durante la sua traiettoria deve colpire esattamente la nostra testa.

      Grazie mille dell’interessante commento. Spero di essere riuscito a spiegarmi al meglio.

      Matteo

      • Sidus maggio 15, 2013 a 7:45 pm #

        Ottima spiegazione, in effetti in quel punto c’era un po di ambiguità 🙂

      • psicosi2012 maggio 15, 2013 a 10:40 pm #

        Grazie a te per l’ottimo commento!

        Matteo

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