SPECIALE EROSITA: INTERVISTA A MARCELLA BRUSA

Sguardo al cielo extragalattico con la survey eFeds

Media Inaf ha intervistato Marcella Brusa, associata presso l’Inaf di Bologna, prima autrice di uno dei due articoli a prima firma Inaf pubblicati nello speciale di A&A dedicato alla missione eRosita. L'articolo presenta la survey eFeds, progettata per rilevare uniformemente una porzione di circa 140 gradi quadrati di cielo e per fornire ai ricercatori un assaggio di ciò che sarà la mappa del cielo extragalattico nei raggi X quando eRosita avrà completato il suo programma

     29/06/2021
Social buttons need cookies

Alcuni dati della survey eFeds di eRosita. Crediti: eRosita Mpe team/ Inaf

Per la seconda volta in pochi mesi (la prima volta a marzo 2021) è la missione del Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics (Mpe) eRosita (extended Roentgen Survey with an Imaging Telescope Array) a guadagnare un posto di primo piano tra le pubblicazioni della rivista Astronomy & Astrophysics con uno speciale di ben 35 articoli pubblicati oggi, dopo l’annuncio di ieri pomeriggio durante il meeting della European Astronomical Society. I dati che il consorzio della collaborazione eRosita ha reso pubblici sono quelli della fase di “calibrazione e verifica di qualità”, risalente all’autunno del 2019, vale a dire appena dopo l’arrivo del satellite russo-tedesco Spektr-Rg (a bordo del quale si trova la missione tedesca) al punto di Lagrange L2 in costante opposizione al Sole rispetto alla Terra. Tra gli articoli pubblicati, molti vedono la partecipazione dell’Isitituto nazionale di astrofisica (Inaf).

Marcella Brusa, dell’Università di Bologna e associata presso l’Inaf di Bologna, ha guidato uno degli articoli dello speciale: si tratta di una pubblicazione di rilievo nello speciale di oggi, perché presenta al pubblico uno dei primi risultati scientifici da una delle survey chiave della missione eRosita. eFeds (eRosita Final Equatorial Depth Survey) è stato progettata per rilevare uniformemente una porzione di circa 140 gradi quadrati di cielo e per fornire ai ricercatori un assaggio di ciò che sarà la mappa del cielo extragalattico nei raggi X quando eRosita avrà completato il suo programma a tutto cielo nel 2023. La survey eFeds è sorprendente: in soli quattro giorni di osservazioni eRosita ha rilevato quasi 28mila sorgenti.

Il campo di ricerca di Brusa è principalmente dedicato allo studio nei raggi X dei venti provenienti dai buchi neri supermassicci. Abbiamo intervistato la ricercatrice.

Tra i dataset pubblicati, ce n’è uno in particolare che occupa un posto speciale: la survey chiamata “eFeds”. Di cosa si tratta?

«Tra quattro anni eRosita avrà osservato tutto il cielo a una profondità mai raggiunta in precedenza. Per prepararci a ridurre, analizzare e interpretare i dati e classificare la popolazione di oggetti che rivelerà, il consorzio tedesco della collaborazione eRosita ha deciso di osservare, durante questa fase di verifica iniziale, una regione corrispondente a 1/300 del cielo alla profondità prevista per la survey finale lungo il piano equatoriale. È una specie di “preview” di quello che ci aspetterà e, a oggi, è la maggior area contigua (140 gradi quadrati) mai osservata nei raggi X così a fondo. Il programma non ha deluso le aspettative: abbiamo rivelato quasi 28mila sorgenti, basta moltiplicare per 300 per avere una idea dei numeri da capogiro che ci aspettiamo al termine della survey. Ora siamo pronti a rilasciare pubblicamente un set incredibile di cataloghi che presentano separatamente le proprietà X e multifrequenza di nuclei galattici attivi (Agn), ammassi e gruppi di galassie, stelle e oggetti compatti, tutti rivelati in questa porzione di cielo, con informazioni omogenee e documentate. L’intera comunità astronomica è quindi invitata a sbirciare, e siamo sicuri che questa enorme mole di dati stimolerà nuove idee e nuovi studi, sia su oggetti singoli che sulle classi di sorgenti».

Marcella Brusa, ricercatrice associata presso l’Inaf di Bologna

Cosa ha scoperto il suo gruppo dopo aver scaricato i dati della survey eFeds?

«Ci siamo concentrati su un sottocampione di Agn in eFeds, quelli rivelati nella banda “hard” di eRosita (2.3-5 keV). Sono solo 246, quindi meno dell’un per cento del totale, ma crediamo che tra essi si nascondano i buchi neri supermassicci più interessanti per studiare le conseguenze dell’impatto dell’attività dell’Agn nell’evoluzione delle galassie. Tra questi 246 ne abbiamo scovato uno, che abbiamo chiamato Xid439, e che era già presente in cataloghi da survey ottiche, infrarosse e radio già da una ventina di anni, ma non era mai balzato all’attenzione degli studiosi e si era sempre perso in mezzo ad altre centinaia o migliaia di oggetti. Solo quando è stato osservato per la prima volta in banda X, proprio da eRosita, è stato riconosciuto come particolarmente interessante e meritevole di un approfondimento. In particolare, in Xid439 abbiamo rivelato la presenza di materiale che si muove ad altissima velocità, una specie di vento galattico composto da gas ionizzato che soffia a circa sei milioni di km/h! La presenza di questo vento insieme ad altre proprietà rivelate tramite l’analisi dei dati eRosita e multifrequenza (il tasso di accrescimento, la presenza di oscuramento in banda X e ottica, la presenza di una possibile galassia compagna in interazione) rendono Xid439 il “prototipo” di Agn nella fase di feedback come predetto da modelli di formazione ed evoluzione di galassie, e un ottimo candidato per futuri follow-up a più alta risoluzione. È solo un oggetto, ma abbiamo confermato che la selezione in banda hard X è molto efficiente nel selezionarli, e che la profondità che verrà raggiunta alla fine della survey sarà sufficiente per rivelarne parecchie centinaia. Questi oggetti sono molto luminosi, anche se molto rari. È necessario mappare tutto il cielo ed eRosita è quindi lo strumento perfetto per questo tipo di studi».

Dopo i risultati pubblicati in questo articolo, quali saranno gli sviluppi di eFeds con eRosita?

«Gli articoli che accompagnano la Early Data Release di eRosita e che presentano i dati raccolti in eFeds sono 13. La maggior parte sono soprattutto articoli “tecnici”, ma preziosissimi nel fornire gli strumenti per investigare l’evoluzione di buchi neri supermassicci più luminosi nell’universo, le proprietà del gas che permea gli ammassi di galassie, la distribuzione spaziale di Agn, gruppi e ammassi che possono darci informazioni sulla struttura a grande scala dell’universo e sulle proprietà della materia oscura, e molto altro. Nei prossimi mesi completeremo l’analisi dei dati con questi obiettivi principali come guida. Per quanto riguarda gli Agn nella fase di feedback, estenderemo il lavoro all’intero campione di Agn in eFeds, con l’obiettivo di trovare diagnostici di selezione efficienti da applicare poi alle survey su tutto il cielo, anche utilizzando metodi innovativi di analisi statistica. A coordinare questo progetto sarà Blessing Musiimenta, anch’essa membro del consorzio tedesco di eRosita e associata presso l’Inaf di Bologna, la quale ha cominciato da qualche mese il dottorato di ricerca all’Università di Bologna, nell’ambito del progetto BiD4Best, finanziato dal programma Horizon 2020 della comunità europea».

Vi aspettavate la questa quantità di dati e i risultati ottenuti?

«Le osservazioni erano state disegnate appositamente per calibrare il telescopio, puntando regioni di cielo regioni scelte accuratamente per controllare le performances di diversi aspetti quali la risoluzione spaziale, spettrale, e temporale. Fin dall’annuncio delle prime immagini è stato subito chiaro che eRosita sarebbe stata all’altezza delle aspettative e i risultati che saranno presentati nello speciale di A&A lo hanno confermato in pieno. Tutti i membri del consorzio hanno lavorato sodo nello scorso anno e mezzo per validare tutti i prodotti e capire come funziona lo strumento, e contemporaneamente si sono concentrati nel raccogliere il maggior numero di frutti da questo raccolto. Diciamo quindi che la mole di dati era chiara fin da subito (era stata pianificata dai membri del consorzio che controllano le operazioni dello strumento), ma decisamente non ci aspettavamo così tanti articoli ad accompagnare la data release, soprattutto se si pensa che è già la seconda volta in pochi mesi che A&A dedica uno speciale ai primi risultati di eRosita. Mi congratulo con tutti i colleghi del consorzio per questo risultato: è una gran bella soddisfazione poter accompagnare la prima data release con un gran numero di articoli scientifici che mostrano quanto eRosita sia rivoluzionaria nella nostra comprensione dei fenomeni più diversi osservabili alle alte energie, dal gas caldo presente negli ammassi di galassie all’irraggiamento delle atmosfere degli esopianeti».

eRosita è stata progettata per osservare il cielo a raggi X. Come funziona?

«eRosita osserva il cielo nella porzione dello spettro elettromagnetico oltre la banda ultravioletta, che corrisponde a energie tra 0.2 e 5 keV. È un telescopio X “classico”, che utilizza le ottiche Wolter, già usate in passato su strumenti di punta come Rosat, Chandra e Xmm-Newton. Invece che puntare ogni volta una determinata regione di cielo, da dicembre 2019 eRosita ha cominciato a scandagliare tutta la volta celeste, compiendo un giro completo ogni 4 ore (un “ero-day”), e registrando tutto quello che viene rivelato nella banda X in una sottile striscia di cielo. Le strisce di cielo sono tutte contigue e in parte sovrapposte, cosi’ per mappare tutto il cielo ci mette 6 mesi. E poi ricomincia, in una specie di moto perpetuo che durerà in tutto 4 anni».

Cosa cambia rispetto ad altre missioni simili e del passato? 

«Possiamo vedere eRosita come uno strumento simile a Xmm-Newton in termini di sensibilità (e perfino meglio in termini di risoluzione spettrale), ma con un campo di vista decisamente più grande, simile a quello del predecessore Rosat. Questa combinazione di caratteristiche permette di ottenere immagini su tutto il cielo di qualità superiore a quelle di Rosat già dopo soli 6 mesi, almeno un fattore dieci più profonde e di gran lunga più dettagliate. Le eRosita bubbles sono un esempio eccellente di quanto potente sia eRosita nella scoperta e caratterizzazione di emissione diffusa presente su grandi aree di cielo. L’altra caratteristica fondamentale di eRosita è che introduce anche la dimensione temporale nello studio dei fenomeni ad alte energie, visto che di fatto produrrà non una sola, ma ben 8 immagini diverse su tutto il cielo in 4 anni. Di più: come conseguenza della strategia di mappatura del cielo (scanning strategy) ognuna delle 8 immagini in realtà è formata da diverse immagini (da un minimo di 6 a oltre 200, a seconda della porzione di cielo osservata), permettendo quindi ricerca di fenomeni di variabilità in sorgenti brillanti su tempi scala che vanno dalle poche ore agli anni. La strategia osservativa, unica a eRosita per aree di cielo così grandi, ha permesso di rivelare – per esempio – il risveglio improvviso di due buchi neri supermassicci. Infine, la grande forza di eRosita sono i grandi numeri: finora tutto quello che abbiamo dedotto sulla origine ed evoluzione di Agn si è basato su campioni dell’ordine di circa 10-100mila oggetti collezionati in più di 30 anni di osservazioni con diversi telescopi. Con eRosita arriveremo a qualche milione, dello stesso ordine di grandezza dei campioni di galassie selezionati in banda ottica da survey come per esempio Sdss. Questo permetterà di capire molto meglio la storia evolutiva dei fenomeni di accrescimento dell’Universo e avere un censimento completo dei fenomeni più caldi ed energetici».

Per saperne di più: