SATELLITE HERSCHEL SCOPRE CINQUE GALASSIE – La loro luce ha viaggiato per circa 11 miliardi di anni, fino ad essere scoperta e catturata da Herschel, il satellite dell’agenzia spaziale europea dedicato allo studio dell’Universo nell’infrarosso. Sono state individuate così cinque nuove galassie primordiali, che si sono formate quando l’Universo aveva appena un quinto dell’età attuale. Ma la scoperta sarebbe stata irrealizzabile se quella luce non fosse stata amplificata da “lenti gravitazionali”, un effetto predetto dalla Teoria della Relatività di Einstein.

 I risultati della ricerca, a cui hanno contribuito Luigi Danese e Joaquin Gonzalez-Nuevo della Sissa-Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati di Trieste e Gianfranco De Zotti e Sara Buttiglione dell’Inaf-Osservatorio Astronomico di Padova, vengono pubblicati nell’ultimo numero della rivista Science e consentono di gettare nuova luce su uno dei problemi chiave della cosmologia: capire la formazione delle galassie e l’evoluzione del nostro Universo.

“Questo studio ha dimostrato come il metodo da noi utilizzato sia straordinariamente efficiente per scoprire i rari fenomeni di forte amplificazione gravitazionale dei flussi di galassie lontane” commenta Gianfranco De Zotti. “Questi fenomeni sono di estremo interesse per numerosi motivi. Per esempio ci consentono di studiare le condensazioni di materia che agiscono da lenti gravitazionali e che sono prevalentemente composte di materia oscura, quindi inaccessibile alle normali osservazioni astronomiche”.

“Le cinque galassie individuate sono molto distanti da noi eppure appaiono come sorgenti luminose particolarmente brillanti, grazie allo strong lensing gravitazionale” – precisa Luigi Danese, astrofisico della Sissa. Con questo termine si intende l’effetto prodotto da un oggetto celeste di grande massa, come ad esempio una galassia, quando si trova lungo la linea di vista tra una sorgente luminosa e l’osservatore”. Secondo la Teoria della Relatività Generale formulata da Einstein infatti, qualunque corpo celeste dotato di massa provoca una deflessione dei raggi luminosi che passano nelle sue vicinanze per effetto della sua forza di attrazione gravitazionale. In caso di particolare allineamento tra sorgente luminosa, “lente gravitazionale” e osservatore, la luce della sorgente viene focalizzata, analogamente a quanto succede quando si utilizza una normale lente, e la sorgente ci appare molto più luminosa di quanto sia in realtà. Ed è stato proprio grazie a questo fenomeno che Herschel è riuscito a scoprire le cinque galassie remote con osservazioni nelle onde submillimetriche. “Si tratta di galassie nate in un ambiente pieno di gas e polvere che, come un alone di nebbia, attenuano il bagliore delle stelle che le compongono, rendendole invisibili agli strumenti ottici tradizionali” continua Danese.

“Nell’ambito del progetto H-ATLAS (Herschel Astrophysical Terahertz Large Area Survey) – spiega Mattia Negrello, ricercatore all’Open University e coordinatore del team di ricerca – abbiamo testato un modo nuovo per individuare galassie la cui luce fosse amplificata per via gravitazionale. Un metodo più efficiente rispetto ad altri che si basano sull’utilizzo di radiotelescopi e telescopi ottici”.

“Il modello alla base della ricerca – precisa Negrello, che ha conseguito il dottorato alla Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati di Trieste – è stato elaborato da un gruppo di astrofisici della Sissa in collaborazione con l’Inaf-Osservatorio Astronomico di Padova nel corso degli ultimi dieci anni. E i primi dati raccolti a bordo di Herschel dimostrano la validità di questo modello”.

Il modello prevedeva che osservando un’ampia regione di cielo a lunghezze d’onda submillimetriche – come si sta facendo con la missione H-ATLAS – gli oggetti sufficientemente brillanti identificati in tale area fossero o galassie molto vicine a noi, e quindi facilmente osservabili con i telescopi ottici, oppure galassie molto lontane il cui bagliore è amplificato per effetto della lente gravitazionale.

“Cinque delle sorgenti luminose che abbiamo individuato nella regione del cielo osservata con Herschel sono effettivamente galassie molto distanti – commenta Danese, che fin dal 2002 ha lavorato insieme a Gianfranco De Zotti, Andrea Lapi, Francesca Perrotta, Gianluigi Granato e Laura Silva, all’elaborazione del modello che ha portato all’identificazione delle nuove galassie -. Noi le vediamo quando l’Universo aveva solo poco più di 2 miliardi di anni. E il loro tenue bagliore è amplificato per effetto del lensing”.

Osservando queste galassie con i radiotelescopi, i ricercatori hanno rilevato che le righe di emissione del monossido di carbonio (CO) sono spostate a lunghezze d’onda molto più alte di quanto si osserva in laboratorio. In questo modo hanno calcolato il redshift di queste galassie, che è risultato molto grande: dato che indica che sono molto lontane. La luce da loro emessa ha impiegato infatti circa 11 miliardi di anni per arrivare fino a noi.

“Il lensing gravitazionale è un potente strumento d’indagine per l’astrofisica e la cosmologia – conclude Joaquin Gonzalez-Nuevo, ricercatore alla Sissa -. Una sorta di telescopio cosmico che ci permette di studiare le proprietà delle galassie che agiscono da lente, per esempio la distribuzione della materia luminosa (barionica) e della materia oscura, e di scrutare i dettagli delle sorgenti luminose che ne subiscono l’effetto. In definitiva contribuisce a farci comprendere come si è evoluto il nostro Universo”.

Herschel-ATLAS:

ATLAS (Astrophysical Terahertz Large Area Survey) è il più ampio progetto chiave di tipo open-time della missione. Ad esso sono state assegnate 600 ore di tempo osservativo di Herschel per analizzare 550 gradi quadrati di cielo in 5 bande di radiazione (110um, 170um, 250um, 350um, e 500um). Questa indagine dovrebbe individuare circa 250.000 galassie, da quelle che si trovano nel nostro Universo vicino fino a redshift di 3 o 4. I dati utilizzati in questo lavoro sono stati raccolti durante la Science Demonstration Phase della missione Herschel e coprono una singola area di cielo di quattro gradi per quattro, pari a circa 1/30 della superficie totale prevista dal progetto.

Herschel:

Herschel è un osservatorio spaziale dell’ESA i cui strumenti scientifici sono stati realizzati da consorzi e Principal Investigator europei, con un’importante partecipazione della NASA. Dopo il suo lancio, avvenuto il 14 maggio del 2009, Herschel è stato sottoposto per parecchi mesi ad accurati test sulle prestazioni della strumentazione e sulla sua calibrazione. Subito dopo si è svolta la Science Demonstration Phase, ovvero il periodo in cui gli strumenti sono stati provati al pieno delle loro capacità.

 

Marco Galliani – Inaf