Un team di scienziati guidato dall’Università di Gotheborg a cui ha partecipato Gabriele Surcis dell’INAF-OAC di Cagliari, ha risolto un nodo cruciale nell’astrochimica: come misurare i campi magnetici nello spazio usando il metanolo, la forma più semplice di alcol. I risultati, resi possibili grazie ad una collaborazione strettissima ed inedita tra astrofisici e chimici teorici, sono stati pubblicati nella rivista Nature Astronomy ed aprono una nuova strada di investigazione sulla nascita delle stelle di grande massa.

 Negli ultimi cinquant’anni, grazie all’uso dei radiotelescopi, gli astronomi sono stati in grado di rilevare numerose molecole, tra cui acqua e metanolo, nelle regioni di nuova formazione stellare. Grazie a queste molecole, attraverso la loro emissione maser, è stato possibile misurare temperature, pressioni e movimenti dei gas e polveri che vanno a formare nuove stelle.

 Ma, in particolar modo negli ambienti di formazione delle stelle di grande massa (ovvero stelle con massa superiore a otto masse solari), c’è un altro fattore importantissimo che è più difficile da misurare: il campo magnetico.

 Boy Lankhaar, ricercatore della Chalmers Univerisity di Gotheborg, ha condotto uno studio sulle proprietà del metanolo. ”Quando le stelle più grandi e pesanti si formano – dice Lankhaar - sappiamo che i campi magnetici giocano un ruolo importante. Ma come questi campi influiscano sull’intero processo è oggetto di grandi dibattiti tra i ricercatori. Abbiamo dunque bisogno di mezzi di misurazione dei campi magnetici, è questa la vera sfida. Ora, grazie ai nostri calcoli, sappiamo finalmente come farlo con il metanolo”.

 Lo studio di Lankhaar, fa parte di un progetto più ampio nato circa dieci anni fa grazie al lavoro di Gabriele Surcis, ricercatore ora in forze all’Osservatorio Astronomico di Cagliari INAF-OAC, e che prosegue ancora oggi con l’obiettivo di migliorare la comprensione del ruolo dei campi magnetici nella formazione stellare.

 ”Grazie alla stretta collaborazione tra chimici e astrofisici – dice Surcis - si sono potute ricavare le proprietà del metanolo quando è immerso in un campo magnetico, nonchè le variazioni delle sue caratteristiche magnetiche al variare del campo che lo circonda. Grazie ai dati teorici forniti dai chimici siamo ora in grado di interpretare meglio ciò che osserviamo da tempo con i radio-telescopi. Questo può essere il primo passo di una serie di studi analoghi in cui si potranno applicare le stesse metodologie di calcolo anche a molecole molto più complesse del metanolo” conclude.

 L’uso del metanolo (CH₃OH) nell’investigazione dei campi magnetici nello spazio è stato suggerito molte decine di anni fa. Nei gas densi che circondano molte stelle appena nate, le molecole di metanolo brillano come laser a microonde: maser, appunto. I segnali che possiamo misurare dai maser del metanolo sono intensi ed emessi a frequenze molto specifiche.

 ”I segnali maser - spiega Wouter Vlemmings, astrofisico e professore della Chalmers University - provengono anche da regioni in cui i campi magnetici possono raccontarci molto del modo in cui una stella nasce. Con le nostre nuove scoperte su come il metanolo sia condizionato dai campi magnetici, possiamo finalmente interpretare ciò che osserviamo da dieci anni”.

 Precedenti tentativi di misurazione delle proprietà magnetiche del metanolo in laboratorio sono andati incontro a problemi. Così, gli scienziati hanno deciso di costruire un modello teorico, accertandosi che fosse in accordo con le teorie precedenti e con le misure di laboratorio.

 ”Abbiamo sviluppato un modello sul comportamento del metanolo quando è immerso in campi magnetici, a partire dai principi della meccanica quantisica. Subito dopo abbiamo trovato un buon accordo tra i calcoli teorici e i dati sperimentali disponibili. Questo ci ha dato fiducia per teorizzare le condizioni che ci aspettiamo nello spazio” spiega Boy Lankhaar.

 Tuttavia, il ruolo svolto dal metanolo è risultato essere particolarmente importante e complesso. I chimici teorici Ad van der Avoird e Gerrit Groenenboom, entrambi dell’Università olandese Radboud, necessitavano di fare nuovi calcoli e di correggere e completare i precedenti studi sul metanolo che avevano già una cinquantina d’anni.

 ”Dal momento che il metanolo è una molecola relativamente semplice, inizialmente abbiamo pensato che il progetto di ricerca sarebbe stato facile. Si è invece rivelato molto complicato perchè abbiamo dovuto calcolare le proprietà del metanolo fin nei minimi dettagli” dice Ad van der Avoird.

 I nuovi risultati aprono nuove possibilità per capire i campi magnetici nell’universo e mostrano, inoltre, come molti problemi scientifici, possano essere risolti grazie ad una vera sinergia tra i rispettivi ricercatori di discipline diverse e apparentemente distanti come la chimica e l’astrofisica.

 Didascalia dell’immagine (sotto il titolo)

Credits: Wolfgang Steffen/Boy Lankhaar et al. (molecules: Wikimedia Commons/Ben Mills)

A – I campi magnetici giocano un ruolo importante negli ambienti di formazione delle stelle di più grande massa. L’illustrazione artistica mostra i contorni di una stella di grande massa in formazione, mentre le regioni più brillanti individuano i segnali radio del metanolo. I punti chiari rappresentano i maser del metanolo che sono comuni nei densi ambienti di formazione stellare e le linee curve rappresentano il campo magnetico. Grazie e questi nuovi calcoli condotti dagli astrochimici, gli astronomi possono ora cominciare a investigare i campi magnetici nello spazio semplicemente misurando i segnali radio delle molecole di metanolo in queste sorgenti brillanti.

Per approfondire:

La ricerca verrà pubblicata nel volume di Febbraio 2018 della rivista Nature Astronomy, disponibile online dal 29 Gennaio 2018. Il titolo della ricerca è ”Characterization of methanol as a magnetic field tracer in star-forming regions” by Boy Lankhaar (Chalmers), Wouter Vlemmings (Chalmers), Gabriele Surcis (Joint Institute for VLBI ERIC, Netherlands, and INAF, Osservatorio Astronomico di Cagliari, Italy), Huib Jan van Langevelde (Joint Institute for VLBI ERIC, Netherlands, and Leiden University, Netherlands), Gerrit C. Groenenboom and Ad van der Avoird (Institute for Molecules and Materials, Radboud University, Netherlands).

Gabriele Surcis, laureato in Fisica all’Università di Cagliari, ha svolto il dottorato di ricerca all’Università di Bonn e proseguito la carriera nei Paesi Bassi specializzandosi, presso il Joint Institutes for VLBI Eric (JIVE), nell’elaborazione di dati spettro-polarimetrici ottenuti con reti di radio-telescopi (VLBI).

Dal 2016 continua le sue ricerche all’Osservatorio Astronomico di Cagliari, presso il quale è anche il ”VLBI friend” del Sardinia Radio Telescope all’interno dell’European VLBI Network (EVN).

Un articolo in cui la ricercatrice Paola Castangia spiega nel dettaglio cosa sono i ”maser” è disponibile al seguente link: http://www.media.inaf.it/2017/08/11/maser/