COMPONENTE CALDA DELL’UNIVERSO RIVELATA DA UN MILIONE DI OGGETTI

Il cielo X come non l’avete mai visto

Il telescopio eRosita ha completato la sua prima ricognizione di tutto il cielo producendo una nuova e dettagliatissima mappa dei processi più “caldi” ed energetici presenti nell'intero universo. L’immagine è circa quattro volte più profonda di quella fino a oggi disponibile, e contiene un numero di oggetti circa 10 volte maggiore, raddoppiando il numero di emittori in banda X già noti e rivelati in quasi 60 anni di esplorazione a queste energie

     19/06/2020
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Un milione di oggetti che rivelano la natura della componente calda dell’universo — questo è l’incredibile bottino del primo scan dell’intero cielo condotto con il telescopio eRosita a bordo del satellite Spectrum-Roentgen-Gamma (Srg). «Questa immagine di tutto il cielo cambia il modo in cui noi guardiamo ai fenomeni energetici nell’universo», commenta Peter Predehl, principal investigator di eRosita al Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics (Mpe). «Vediamo una miriade di dettagli — la bellezza delle immagini è davvero incredibile».

La prima scansione di tutto il cielo di eRosita è stata condotta in un periodo di 6 mesi, lasciando ruotare continuamente il telescopio e arrivando a una esposizione uniforme di circa 150-200 secondi sulla maggior parte del cielo, con i poli dell’eclittica visitati più frequentemente. Mentre eRosita fotografa il cielo, misura anche l’energia dei fotoni con una accuratezza dell’ordine del 2-6 per cento. Per generare questa immagine, nella quale l’intero cielo è proiettato su una ellisse (proiezione Aitoff) con il centro della Via Lattea al centro dell’immagine e il piano galattico lungo una striscia orizzontale, i fotoni raccolti sono stati colorati a seconda della loro energia (rosso per energie 0.3-0.6keV, verde per 0.6-1keV, blu per 1-2.3keV). L’immagine originale con una risoluzione di 10” e un range dinamico di più di un miliardo, è stata smussata (con una Fwhm gaussiana di 1 arcmin). L’emissione diffusa rossa che si vede lontano dal piano galattico è originata del gas caldo nelle immediate vicinanze del sistema solare (Local Bubble). Lungo il piano della galassia, polvere e gas assorbono i fotoni di più bassa energia, e quindi solo le sorgenti che emettono fenomeni di più alta energia rimangono visibili, con il caratteristico colore blu. Il gas ancora più caldo vicino al centro galattico, mostrato in verde e giallo, porta con sé informazioni sulla storia dei processo più energetici avvenuti nella storia della Via Lattea, come esplosioni di supernove, che producono fontane di gas al di fuori del piano galattico, e possibilmente episodi di attività passata da parte del nostro buco nero supermassiccio, oggi silente. Da questo mezzo diffuso e turbolento si affacciano centinaia di migliaia di sogrenti X, che appaiono bianche nell’immagine, e distribuite uniformemente su tutto il cielo. Tra di loro vi sono Agn lontani (compresi alcuni la cui emissione ci giunge da un tempo in cui l’Universo aveva un decimo della sua età attuale) visibili come sorgenti puntiformi, mentre ammassi di galassie si presentano come nebulosità estese. In totale, circa un milione di sorgenti sono state rivelate in questa prima immagine di eRosita di tutto il cielo, un bottino che terrà occupati i teams per gli anni a venire. Crediti: Jeremy Sanders, Hermann Brunner and the eSass team (Mpe); Eugene Churazov, Marat Gilfanov (on behalf of Iki)

Questa immagine completa di tutto il cielo è circa quattro volte più profonda di quella disponibile a oggi alle stesse lunghezze d’onda, ottenuta 30 anni fa dal telescopio Rosat, e contiene un numero di oggetti circa 10 volte maggiore, raddoppiando in un colpo solo il numero di emittori in banda X già noti e rivelati in quasi 60 anni di esplorazione a queste energie.

L’universo “caldo” ed energetico visibile in banda X appare differente da quello visibile nell’ottico o nella banda radio. Al di fuori della nostra galassia, la maggior parte delle sorgenti rivelate da eRosita sono nuclei galattici attivi (Agn) che segnalano le regioni dello spazio in cui i buchi neri supermassicci stanno crescendo. Esse sono intervallate da ammassi di galassie, che appaiono come aloni estesi e brillanti a causa del gas caldo confinato dalla buca di potenziale determinata dalla materia oscura, e che verranno usati per tracciare la crescita delle strutture nel cosmo e vincolare i parametri cosmologici. Più vicino a noi, nella nostra galassia, l’immagine di eRosita rivela con incredibili dettagli le strutture del gas caldo presente nella Via Lattea, e il mezzo circum-galattico che la circonda, le cui proprietà sono cruciali per capire la storia di formazione della galassia in cui viviamo. La mappa di eRosita rivela anche stelle che presentano emissione X da corona calda, stelle binarie contenenti stelle di neutroni, buchi neri o nane bianche, e spettacolari resti di supernove nella nostra galassia o in quelle vicine, come le Nubi di Magellano. Tutto questo è stato reso possibile solamente grazie al grandangolo offerto da eRosita.

«Aspettavamo con trepidazione la prima fotografia di tutto il cielo di eRosita», commenta Mara Salvato (Mpe), che guida le attività di coordinamento delle osservazioni eRosita con altri telescopi su tutto lo spettro elettromagnetico. «Grandi aree del cielo sono già state osservate a molte altre lunghezze d’onda, abbiamo bisogno di queste survey per identificare gli oggetti X e comprenderne la loro natura». La survey è anche una caccia al tesoro a fenomeni rari ed esotici, inclusi variabili e transienti, come flare da oggetti compatti, la coalescenza di stelle di neutroni e i fenomeni che portano alla distruzione di stelle nel campo gravitazionale di buchi neri. «eRosita spesso vede improvvise esplosioni di raggi X nel cielo», continua Salvato «e noi siamo pronti ad allertare immediatamente tutti i telescopi a terra per comprendere da cosa vengono prodotte queste esplosioni». 

Produrre le immagini è stato un lavoro ciclopico. A oggi, il team che gestisce le operazioni di eRosita ha ricevuto e processato circa 165 GB di data raccolti dalle 7 camere del telescopio. Anche se sembra poco rispetto agli standard dei big-data, coordinare e controllare uno strumento così complesso nello spazio non è affatto semplice. «Controlliamo e monitoriamo la salute dello strumento ogni singolo giorno, in collaborazione con i nostri colleghi a Mosca, che operano il satellite Srg», spiega Miriam Ramos-Ceja, membro del team delle operazioni di eRosita a Mpe. «Possiamo quindi rispondere molto velocemente nel caso si verifichino anomalie, e siamo stati in grado di reagire immediatamente, mantenendo un’efficienza del 97 per cento nella raccolta dei dati. È incredibile pensare che riusciamo a comunicare praticamente in real time con uno strumento che si trova a 1.5 milioni di chilometri da noi!». I dati vengono scaricati giornalmente. «Procediamo subito a un controllo di qualità dei dati», continua «prima che essi vengano analizzati dai team in Germania e Russia». 

Ora il gruppo è occupato ad analizzare questa prima mappa del cielo, e a usare immagini e cataloghi per approfondire la nostra conoscenza della cosmologia e dei processi astrofisici che avvengono alle alte energie. Nel frattempo, il telescopio continua la sua ricognizione del cielo . «L’osservatorio Srg ha cominciato la sua seconda survey di tutto il cielo, che sarà completa alla fine di quest’anno», commenta Rashid Sunyaev, leader del team russo di Srg. «In tutto, nei prossimi tre anni e mezzo, prevediamo di ottenere sette altre mappe simili a quella vista in questa bellissima immagine. Combinate insieme, raggiungeranno una profondità cinque volte maggiore e saranno usati da astrofisici e cosmologi per decine di anni a venire».

Kirpal Nandra, a capo del gruppo di astrofisica delle alte energie a Mpe, aggiunge: «Con un milione di sorgenti in solo 6 mesi, eRosita ha già rivoluzionato l’astronomia X, e questo è solo un assaggio di quello che verrà. Questa combinazione di area del cielo e profondità di campo è davvero unica. Stiamo già campionando un volume cosmologico maggiore di quello che era stato possible a oggi per l’universo caldo. Nei prossimi anni saremo in grado di spingerci ancora più lontano, fino a dove le prime, gigantesche strutture cosmiche e i primi buchi neri supermassicci si sono formati». 

«È straordinaria la quantità di informazione fornita dalla prima survey su tutto il cielo di eRosita», aggiunge Gabriele Ponti, dell’Inaf Osservatorio astronomico di Brera, e principal investigator di un progetto Erc che utilizzerà anche i dati eRosita. «Questo ci permetterà di compiere un importante passo avanti nella comprensione del plasma caldo presente all’interno ed attorno alla Via Lattea, di verificare la presenza di venti galattici e quindi di capire più a fondo come le galassie si formano e crescono. È un grande privilegio poter contribuire all’analisi di questi dati». 

«La missione Srg è una collaborazione russo-tedesca, ma c’è anche un po’ di Italia, a partire dal project scientist di eRosita, Andrea Merloni, che dal 2011 è alla guida del programma scientifico», spiega Marcella Brusa, dell’Università di Bologna e membro del consorzio tedesco di eRosita dal 2008. «Vedere oggi il primo traguardo di questo progetto cominciato quasi 15 anni fa proprio quando ero a Mpe, e celebrarlo con queste immagini incredibili, mi riempie il cuore di gioia. Congratulazioni davvero a tutto il team, che ha fatto un lavoro fantastico. E siamo solo all’inizio!».

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