Una vista a varie lunghezze d’onda dell’ammasso di galassie XLSSC006 che combina osservazioni nei raggi X del satellite Esa Xmm-Newton nell’ambito della survey XXL (mostrato in viola) assieme a dati nell’ottico e nell’infrarosso del telescopio Canada-Francia-Hawaii (Cfht)- un immagine a tre colori nel filtro blu (u), rosso (r) mostrato in verde e vicino-infrarosso (z), mostrato in rosso. Crediti: Esa/Xmm-Newton (Raggi X); Cfht (ottico); XXL Survey
Xxl, il più grande censimento di ammassi di galassie mai realizzato dal telescopio Xmm-Newton dell’Agenzia Spaziale Europea (Esa), compie un nuovo decisivo balzo in avanti. I nuovi cataloghi che verranno pubblicati nel numero speciale della rivista Astronomy&Astrophysics contengono ben 365 ammassi di galassie e 26 mila nuclei galattici attivi (Agn), ampliando notevolmente la prima serie di dati, rilasciati a fine 2015, che presentava i cataloghi di 1.000 Agn e di 100 ammassi di galassie. Con la seconda serie di dati che viene resa ora disponibile, Xxl fa un passo decisivo per completare il suo obiettivo finale: vincolare i parametri cosmologici usando principalmente gli ammassi di galassie. Si tratta della prima volta in cui un numero così cospicuo di ammassi e Agn, selezionati nella banda dei raggi X, è osservato in un volume ininterrotto di spazio fino a grande distanza. Questi dati permettono di ricostruire con ricchezza di dettagli la struttura dell’Universo su larga scala e la sua evoluzione nel tempo e di cominciare a fornire test del modello cosmologico in cui viviamo.
Completare il censimento degli oggetti osservati nelle 2000 ore di osservazioni previste dal programma Xxl su due porzioni di cielo, ciascuna pari alla superficie apparente di 100 lune piene, ha richiesto uno sforzo coordinato dei maggiori telescopi oggi a disposizione, sia sulla Terra che nello spazio, nella banda radio, nella luce visibile e nell’infrarosso.
Quando i telescopi a raggi X osservano l’Universo extra-galattico, fondamentalmente vedono due tipi di sorgenti: il gas caldo intergalattico degli ammassi di galassie, e gli Agn – regioni luminose e compatte al centro di alcune galassie in cui un buco nero supermassiccio ingurgita la materia circostante. Tuttavia mentre è relativamente facile trovare nelle osservazioni in banda X ammassi di galassie e Agn, occorre poi utilizzare altri telescopi, che operano in altre lunghezze d’onda , per ricavare ulteriori informazioni su ogni sorgente, in particolare per chiarire la loro natura e misurarne la distanza.
Grazie ai dati della survey Xxl i ricercatori hanno scoperto ammassi di galassie così lontani che i raggi X che osserviamo oggi sono stati emessi quando l’Universo aveva solo metà circa della sua età attuale, e Agn ancor più lontani.
Solo lo sforzo osservativo coordinato di diversi telescopi ha permesso di individuare sia la precisa distanza degli oggetti osservati (ben 25000 Agn e 365 ammassi/gruppi di galassie) che le loro proprietà fisiche, e su questo fronte il contributo italiano e’ stato fondamentale: ben 5 dei 20 lavori che escono sul numero speciale di A&A sono a guida di scienziati del nostro Paese.
Parte del lavoro di tesi di dottorato di Valentina Guglielmo – svolto in co-tutela tra l’Università di Padova, Inaf-Osservatorio Astronomico di Padova e Lam-Marseille – ha fornito un sostanziale contributo alla messa a punto del catalogo spettroscopico utilizzato dalla collaborazione. È proprio l’Inaf-Iasf di Milano ad ospitare sul proprio sito il principale database del progetto, lo Xxl Master Catalogue browser, gestito da Lucio Chiappetti (che è anche autore del catalogo di sorgenti puntiformi in banda X), su cui verranno rilasciati al pubblico, contestualmente alla pubblicazione dei lavori, i cataloghi, sia fotometrici che spettroscopici, di questa seconda release.
Grazie a questa complessa indagine è stato possibile per la prima volta osservare un numero sufficientemente alto di ammassi di galassie e di Agn selezionati con i dati raccolti nella banda dei raggi X da poter mappare la loro distribuzione in un ampio intervallo di distanze, e di testare così il modello cosmologico standard.
Questo mosaico mostra i 365 ammassi della survey XXL come visti ai raggi X dal satellite ESA XMM-Newton. Gli ammassi sono ordinati per distanza crescente, iniziando dal più vicino ad un redshift di 0.03 nell’angolo in alto a sinistra, fino al più distante, ad un redshift di 1.99, nell’angolo in basso a destra. Crediti: ESA / XMM-Newton / XXL
Nell’Universo, la materia non è distribuita uniformemente, ma forma una sorta di ragnatela cosmica di filamenti plasmati dalla gravità, con ammassi di galassie posizionati nei nodi della ragnatela. Gli ammassi di galassie – le più grandi strutture gravitazionalmente legate – tracciano i più alti picchi di densità nella struttura su grande scala dell’Universo e forniscono uno strumento fondamentale di indagine cosmologica.
Ed è stato grazie ai dati Xxl censiti in distanza che per la prima volta è stata analizzata statisticamente la distribuzione in 3D degli ammassi del catalogo Xxl. Federico Marulli, dell’Università di Bologna, commenta così i risultati ottenuti: «la distribuzione spaziale degli ammassi di Xxl, che hanno valori di massa e coprono intervalli redshift mai esplorati prima d’ora, si è rivelata in buon accordo con il modello cosmologico standard».
Le informazioni invece sulle singole galassie membri degli ammassi hanno permesso l’analisi delle loro proprietà fisiche e di confermare, come commenta Valentina Guglielmo dell’Università di Padova e del locale Osservatorio Astronomico dell’Inaf, che «nell’ambiente degli ammassi aumenta significativamente la frazione di galassie spente che quindi non formano più nuove stelle».
È più difficile invece stimare i valori per i parametri cosmologici utilizzando gli Agn, in quanto le loro proprietà sono influenzate da numerosi effetti astrofisici. Gli scienziati hanno così utilizzato i dati degli Agn di Xxl per comprendere più a fondo la formazione e l’evoluzione dei buchi neri. In particolare grazie all’identificazione congiunta delle controparti ottiche e infrarosse di tutte le radio sorgenti osservate nel campo Xxl-S è stato possibile confermare, come commenta Paolo Ciliegi di dell’Osservatorio di Astrofisica e Scienza dello spazio di Bologna dell’Inaf, che «la stragrande maggioranza di queste radio sorgenti, ovvero il 75 per cento, è stata identificata con Nuclei Galattici Attivi, incluse tutte le controparti di sorgenti X, mentre la restante frazione di oggetti è stata associata a galassie con formazione stellare».
Questi risultati confermano che Xmm-Newton è uno strumento di rilevazione assai potente e aprono la strada per l’analisi cosmologica finale di questa missione, che fornirà vincoli indipendenti ancora più accurati sui parametri cosmologici.
Per saperne di più:
- La survey XXL è un Very Large Program della missione XMM-Newton, che ha osservato ripetutamente due regioni di cielo di 25 gradi quadrati, fino a raggiungere una profondità di ~5×10-15 erg cm-2 s-1 nella banda compresa tra 0.5 e 2 keV per sorgenti puntiformi. XXL è guidata da Marguerite Pierre (del CEA Saclay, in Francia) e coinvolge circa 100 scienziati di tutto il mondo, tra cui circa una ventina provenienti da vari istituti INAF (presso le sedi di Milano, Bologna, Padova e Roma) oltre che dalle Università di Bologna e Padova, co-autori dei lavori pubblicati nel numero speciale di Astronomy&Astrophysics dedicato alla survey XXL, disponibile QUI.
- La struttura INAF-IASF di Milano ospita il database di tutte le sorgenti X del progetto, insieme alle loro controparti nelle diverse lunghezze d’onda, QUI.
- il sito web della survey Xxl
- il comunicato stampa Esa