ATTIVITÀ' DI RICERCA
Il maggior numero di lavori scientifici di ricerca, svolti spesso in
collaborazione con scienziati di fama internazionale da varie parti del
mondo, si concentra soprattutto nei seguenti settori:
Vediamo di seguito alcuni esempi di ricerche condotte
recentemente all’interno
delle suddette tematiche.
Asteroidi e comete
Le comete, gli asteroidi e i meteoriti sono i corpi
più piccoli
del Sistema Solare. Questi oggetti, apparentemente minori, sono invece
di importanza fondamentale per lo studio delle fasi primordiali e dell'evoluzione
stessa del nostro sistema planetario.
Infatti, grazie alle loro piccole dimensioni e,
soprattutto per le comete, perla loro grande distanza dal Sole, hanno
conservato quasi intatte le caratteristiche primordiali presenti al momento
della loro formazione rappresentando così i
testimoni più incontaminati dell'origine ed evoluzione del Sistema
Solare.
Lo studio di questi oggetti viene effettuato soprattutto mediante indaginispettrofotometriche
che ne consentono lo studio della composizione superficiale. Molto spesso
si utilizzano a questo scopo i telescopi dell'European Southern Observatory
in Cile (3.6m telescope, New Technology Telescope, NTT, e il Very Large
Telescope, VLT) e il Telescopio Nazionale Galileo nelle isole Canarie.
Gli argomenti principali di maggior interesse per
la comunità planetologica
sono lo studio degli oggetti della Kuiper Belt, posta agli estremi confini
del Sistema Solare, oltre Nettuno, scoperta solo di recente e dei Near Earth
Objects, piccoli oggetti che orbitano nei pressi della Terra e quindi anche
potenzialmente pericolosi per il nostro pianeta. I primi rappresentano gli
oggetti più antichi del Sistema Solare, i secondi rappresentano un
gruppo di oggetti estremamente eterogeneo sotto tutti gli aspetti, la cui
origine e provenienza non è ancora del tutto nota.
Astrobiologia
Da
pochi anni alcune ricerche sviluppate a Padova riguardano aspetti
dell’Astrobiologia,
una scienza interdisciplinare che si sta sviluppando in diversi paesi europei
o americani e che riguarda i collegamenti esistenti tra le forme di vita
terrestri e l’ambiente extraterrestre. Tipici argomenti di Astrobiologia
sono l’esistenza di pianeti intorno ad altre stelle, i mutamenti dell’ambiente
terrestre dovuti a cause astronomiche, la nascita di forme di vita su altri
pianeti. Una ricerca iniziata da poco tempo in collaborazione con biologi
ed ingegneri spaziali riguarda quest’ultimo aspetto.
In previsione dei futuri atterraggi sul pianeta
Marte si stanno costruendo delle camere di simulazione che riproducano
le condizioni ambientali di Marte (superficie e sottosuolo) per condurre
esperimenti con batteri terrestri in grado di sopravvivere a bassissime
pressioni e temperature e resistenti ai raggi ultravioletti. Si cerca
di capire fino a quali condizioni di pressione, temperatura ed irraggiamento
ci si può aspettare che eventuali forme
di vita simili alle nostre ma nate su Marte possano aver resistito alle
variazioni dell’ambiente marziano. Viceversa, si potranno stabilire
i limiti di sterilità di materiali terrestri inviati su Marte, per
evitare future contaminazioni. I risultati di questi esperimenti potranno
essere ripetuti, modificandole camere di simulazione per gli ambienti
di altri pianeti, quali gli oceani sotto il ghiaccio dei satelliti di Giove(Europa
e forse Ganimede).
La foto mostra del ghiaccio sulle rocce di Marte
in un’alba invernale.
Pianeti extrasolari
Negli ultimi dieci anni sono stati scoperti più di 100 nuovi pianeti
in sistemi planetari attorno a stelle nelle vicinanze del Sole. Si è stimato
che almeno il 10% delle stelle ospitano un sistema planetario. Sono pertanto
iniziate numerose ricerche, basate sulle più sofisticate tecniche
di osservazione e analisi dati per trovare sistemi planetari extrasolari
e per la loro caratterizzazione. In particolare si vuole conoscere esattamente
quali stelle ospitano sistemi planetari, in quale quantità e che
tipo di pianeti popolano questi sistemi. La domanda ultima cui si vuole
trovare una risposta riguarda l'esistenza di pianeti di tipo terrestre
o comunque abitabili da forme di vita simile alla nostra e infine, se effettivamente
esistono forme di vita al di fuori della terra e del sistema solare.
Sono ricerche complesse e che richiederanno molti anni prima di essere concluse.
A Padova esistono gruppi di ricerca che attivamente lavorano
in questo campo, sia dal punto di vista osservativo che teorico. Questi
gruppi sono impegnati sia in progetti ossevativi per l'identificazione di
pianeti extrasolari sia nello sviluppo di nuova, sofisticata strumentazione
(sia da terra che dallo spazio) per la ricerca di pianeti extrasolari.
Ammassi
aperti
Sono insiemi di stelle coeve distribuiti nel piano del disco della nostra
galassia: la Via Lattea. Tali sistemi di stelle oltre a consentire lo studio
delle proprietà delle stelle di massa grande ed intermedia che li
compongono, permettono analizzare la struttura del disco galattico, l'estensione
e la forma dei bracci a spirale della Via Lattea, e di ripercorrere tutta
la storia evolutiva del disco galattico e delle regioni vicine al Sole.
Ammassi globulari
Gli ammassi globulari sono agglomerati stellari
che possono contenere tra alcune migliaia e alcuni milioni di stelle.
Sono gli oggetti astronomici più vecchi dell'Universo di cui si possa misurare l'età. Pertanto,
la misura della loro età fornisce un importante limite inferiore
all'età stessa dell'Universo. Poiché questi sono tra le prime
strutture che si sono formate nell'Universo, lo studio delle proprietà(composizione
chimica, massa, etc.) della loro popolazione stellare fornisce fondamentali
informazioni sul modo in cui si sono formate le stelle e le strutture
complesse, fino alle galassie nell'Universo primordiale.
A Padova c'è una lunghissima tradizione nello studio degli ammassi
globulari sia dal punto di vista fotometrico che spettroscopico. Attualmente
sono in corso ricerchebasate su dati dal telescopio spaziale Hubble e dai
maggiori telescopio a terra (in particolore il Very Large Telescope). Ulteriore
impulso a queste ricerche è previsto per i prossimi anni, in particolare
quando sarà accessibile alla comunità nazionale il Large Binocular
Telescope (LBT).
Stelle variabili
Le Variabili Cataclismichesono sistemi binari stretti composti di una stella
di tipo solare che trasferiscemateria sulla superficie di una stella primaria
compatta, tipicamente una nana bianca.Di questestelle a Padova si studiano
vari aspetti fenomenologici, portando avanti programmi di osservazioni mirati,
e contemporaneamente si cerca di sviluppare alcuni modelli teorici interpretativi
delle fenomenologie osservate.
Una delle problematiche di punta nelle ricerche
di questo settore è quello
sul ruolo dei campi magnetici nei processi di trasferimento e di accrescimento
della materia sulla nana bianca.alcuni ricercatori padovani hanno individuato
la presenza di cicli di attività magneticadi tipo solare nelle componenti
fredde delle binarie cataclismiche.Si stanno anche analizzando gli effetti
del campo magnetico della nana bianca nel processo di accrescimento delle
stelle novae, cioè in stelle binarie che manifestano delle violente
e improvvise esplosioni superficiali visibili anche a grande distanza.
Di grande interesse è anche lo studio della stabilità dei
dischi di accrescimento, che si formano intorno a queste stelle che attraggono
materia dalla compagna vicina,quando sono perturbati dalle forze mareali
indotte dal moto orbitale della secondaria.
Altrettando interessanti sono le ricerche sugli
effetti dell’interazione
del campo magnetico nelle stelle Ae/Be di Herbig conle loro atmosfere. La
rotazione stellare produce centrifugazione della materia e venti strutturati
che danno origine a variabilità nelle righe di emissione osservate.
Supernovae
La supernova rappresenta la violenta fase finale
della vita di una stella. Essa comporta un fenomeno esplosivo, innescato
da una reazione termonucleare incontrollata o dal collasso gravitazionale
del nucleo, in cui avvengono emesse enormi quantità di energia che fanno apparire, per diversi
giorni, la stella brillante quasi quanto la galassia in cuiesplode. Data
la loro luminosità, questi oggetti sono visibili a considerevoli
distanze, dell’ordine dei miliardi di anni luce e, dato che molte
di esse presentano un massimo di luce costante, permettono di risalire alla
distanza della galassia in cui appaiono e di sondare le proprietà geometriche
dell’Universo a distanze cosmologiche, e quindi anche indietro nel
tempo. I resti della stella espulsi dall’esplosione, mescolandosi
con il gas interstellare, daranno luogo in epoche successive a nuova formazione
di stelle e quindi il fenomeno va visto non solo come la fine di una stella
ma anche come seme per una generazione stellare successiva.I raggi cosmici,
emissioni di neutrini e produzione di raggi gamma si pensano abbiano pure
origine in un’esplosione di supernova. Stelle a neutroni ed alcune
categorie di buchi neri sono pure associati a questo fenomeno.
Lo studio delle supernovae, essendo un fenomeno
raro e transiente,si basa dapprima sulla loro ricerca che avviene tramite
surveys dedicate fatte con telescopi, oggigiorno quasi tutti automatici,
che sorvegliano con regolarità centinaia
di galassie, e poi sulla loro osservazione sia fotometrica, per ottenere
la curva di luce e dedurre la distanza, che spettroscopica, per risalire
al tipo di supernova, alle caratteristiche dell’esplosione ed avere
conoscenze sulla stella progenitrice.
A Padova, sia presso il Dipartimento di Astronomia che presso l’Osservatorio
Astronomico, è attiva da diversi decenni una fruttuosa linea di ricercache
ha portato alla scoperta coi telescopi dell’Osservatorio Astrofisico
di Asiago di diverse Supernovae e conseguito importanti risultati sulle
proprietà di questi oggetti. Viene pure prodotto un Catalogo di Supernovae,
prezioso per studi statistici, costantemente aggiornato e disponibile in
Rete che, a partire dalla supernova apparsa nella galassia di Andromeda
nel 1885, riporta attualmente i dati di circa 3000 oggetti con un incremento
annuo di qualche centinaio.
Struttura ed evoluzione stellare
Le stelle sono dei meravigliosi laboratori di fisica da quella classica
e a quella quantistica in cui numerosi fenomeni fisici concorrono a determinare
la struttura e la evoluzione di una stella. Le stelle come gli esseri viventi,
nascono evolvono e muoiono o esplodendo o tramutandosi in oggetti compatti.
La durata di una stella dipende dalla sua massa, al diminuire di questa
la vita si allunga passando da alcuni milioni di anni per stelle con massa
elevata(100 volte quella del sole) ad alcuni miliardi per quelle con massa
di poco inferiore a quella del sole. Le stelle sono responsabili della distribuzione
degli elementi osservata in natura. Infine le stelle sono dei raffinati
orologi cosmici per datare l’Universo.In questo contesto le linee
di lavoro attualmente attive sono molteplici: la perdita di massa per vento
stellare, la nucleosintesi stellare, la natura dell’esplosione delle
Supernovae di tipo I, la natura delle stelle molto fredde e luminose dette
di ramo asintotico, l’interpretazione dei diagrammi fondamentali,
luminosità (magnitudine) temperatura (colore) di insiemi stellari
di varia complessità dagli ammassi alle galassie.
Popolazioni stellari
Si ritiene che le stelle della nostra Galassia si
siano formate attraverso generazioni successive di stelle (chiamate popolazioni
stellari) ben distinte tra loro, dove le generazioni successive si sono
arricchite degli elementi generati dalle precedenti generazioni eiettati
nel gas interstellare durante le fasi finali dell’evoluzione stellare. Sono tutt’ora
ben visibili nella nostra galassia campioni di diverse popolazioni.
Le ricerche in corso si propongono di approfondire
lo studio sulla struttura della nostra galassia, in particolare sul contenuto
delle popolazioni stellari, le loro caratteristiche osservative (colori,
magnitudini, metallicità,
ecc.), le metodologie di studio e l’interpretazione corrente delle
loro proprietà.
I risultati dell’evoluzione stellare sono il punto
di partenza per lo studio delle popolazioni stellari nelle galassie al
fine di ricostruire la storia di formazione e l’evoluzione di quest’ultimesia
per l’Universo locale che indietro nel tempo e/o lontano nello spazio.
Varie attività sono in corso che vanno dalla modellistica chimica,
fotometrica e spettrale delle galassie di vario tipo morfologico alla
interpretazione e simulazione dei dati sperimentali sia da terra che
dallo spazio.
Struttura delle galassie
Le galassie sono immensi aggregati stelle, polveri e gas. La loro forma
e la loro struttura è stato un problema molto studiato sin dalla
metà del ‘900.Negli anni ’70 alcuni ricercatori padovani,
utilizzando il grande telescopio di 5m di Monte Palomar, sono riusciti a
misurare per la prima volta la rotazione delle stelle in un tipo di galassie
dette Ellittiche. Queste osservazioni mostravano chiaramente che i moti
delle stelle non erano così veloci come predetto dai modelli teorici
di allora. Essi potevano essere spiegati solo se la struttura di alcune
galassie è ‘triassiale’, ha cioè una forma a tre
assi di lunghezza differente.
In
questo campo Padova ha tracciato una linea di ricerca dimostrando
con modelli ed osservazioni che numerose galassie potevano avere una struttura
triassiale, residuo dell’epoca turbolenta di formazione o di colossali
scontri tra galassie.
Le ricerche attuali sulla struttura delle galassie
partono da queste pionieristiche osservazioni di dinamica delle stelle,
oggi rese più facili da grandi
telescopi, dalle immagini digitali e dai telescopi spaziali indirizzandosi
verso uno studio delle singole componenti che formano le galassie. Ad
esempio, gli enormi buchi neri nei nuclei galattici, studiati con il telescopio
spaziale, le nubi di gas molecolare visibili solo nelle microonde, i grandi
aloni che circondano le parti esterne. La foto mostra una elaborazione
di immagini sulla nascita delle galassie (immagini originali ESO,NASA,NOAO).
Lo studio della struttura delle galassie è attivo a Padova ancora
oggi presso numerosi gruppi di ricerca. Attraverso le moderne tecniche osservative è possibile
ricavare notevoli informazioni sulla natura delle galassie, come ad esempio
la loro luminosità intrinseca, le loro dimensioni, il colore, la
dispersione di velocità delle stelle, ecc...
Negli ultimi 20 anni si è scoperto che i parametri che descrivono
quantitativamente la struttura delle galassie sono tra loro correlati, e
le correlazioni osservate, note come relazioni di scala, sono uno strumento
importante per comprendere le leggi fisiche alla base del processo di formazione
e di evoluzione di questi immensi sistemi stellari. Attraverso lo studio
meticoloso di queste correlazioni, in galassie via via più lontane
da noi, è possibile tracciare uno scenario di come le galassie sono
nate e si sono evolute fino ai giorni nostri.
Materia oscura nelle galassie
Le galassie rappresentano i mattoni con cui è composto l'Universo.
Conoscere la loro natura è una tappa obbligata nello studio della
formazione ed evoluzione dell'Universo stesso.Negli ultimi anni, si è scoperto
che la materia visibile, stelle o gas luminoso, è immersa in un altro
tipo di materia non luminosa, la materia oscura, la cui natura non è ancora
stata ben compresa.Essaè rivelabile perché la sua massa esercita
una forza di gravità sulla materia luminosa. Questa massapuò essere
studiata misurando la velocità con cui il gas e le stelle si muovono
all'interno di una galassia. Più alta è la massa, più velocemente
essi devono ruotare per equilibrare con la forza centrifuga l’attrazione
della materia.
Da questa informazione è possibile
determinare non solo la massa di una galassia ma anche come la materia è distribuita
al suo interno. Il confronto con la distribuzione della luce, ottenuta tramite
immagini, permette di rivelare la presenza della materia oscura. A Padova
diversi ricercatori si interessano del contenuto di materia oscura nelle
galassie tramite osservazioni fatte con grandi telescopi, come quelli dell’Osservatorio
Europeo o il telescopio nazionale Galileo alle Canarie.
La foto mostra l’immagine di NGC 6925 (in alto) e grafico della sua
rotazione in basso. Si può vedere come la galassia ruota a circa
250km/s, e che la curva di rotazione rimane piatta a grande distanza dal
nucleo. La massa della galassia, con la sua attrazione gravitazionale, controbilancia
la forza centrifuga. La velocità di rotazione e' quindi un indicatore
della massa della galassia.
Interazioni tra galassie
Per
molti anni le galassie sono state considerate degli universi-isola,
che si evolvevano in completa solitudine, ad eccezione di rari sistemi così vicini
da entrare in collisione. Padova è stato uno dei primi istituti di
ricerca che ha contribuito a modificare questa visione, trovando sin dagli
anni ’70 galassie con strutture di gas e stelle simili ad anelli polari.
Esse ruotano come un satellite artificiale che percorra un meridiano, in
orbita polare. Pochi anni più tardi si èscoperto anche un
nuovo fenomeno, la controrotazione: ci sono galassie in cui il gas ruota
in senso opposto alle stelle. Dato che questi anelli ed il materiale in
controrotazione non possono derivare dallo stesso materiale della galassia
che ruota in un senso e su un piano diverso, si è compreso che le
galassie continuano ad acquisire materia dall’esterno anche dopo
la loro formazione. Lo studio di questi tipo particolare di galassie continua
oggi con dati provenienti dai maggiori telescopi e radiotelescopi nel
mondo.
La figura mostra l’immagine di NGC 5266, una ellittica con anello
polare, che si è prodotto in seguito all’interazione tra due
galassie.
Contenuto di gas delle galassie
Una
parte importante della massa delle galassie è sotto forma di gas,
che può emettere radiazioni nei raggi X, se caldissimo, oppure nelle
onde radio se è molto freddo. A Padova per comprendere l’evoluzione
del gas nelle galassie si studiano le emissioni a tutte queste lunghe d’onda
per determinare in che forma si trovi questo gas e come sia distribuito.
Recentemente si è trovato che le galassie con anelli polari e quelle
in interazione possiedono molto più gas delle galassie normali. Questo
fenomeno può derivare da una diversa evoluzione chimica o dalla presenza
di materia oscura nello spazio intorno. Per meglio capire quale effetto è dominante,
sono state selezionate delle galassie che sono rimaste veramente isolate
da tutte le altre per almeno un miliardo di anni. Queste galassie potrebbero
essere i “mattoncini da costruzione” che, messi insieme all’origine
dell’Universo, hanno poi costruito le galassie secondo la teoria detta
di “fusione gerarchica”. Lo studio di questo tipo di galassie
viene fatto confrontandole con le galassie primordiali, osservate molto
lontano nello spazio e nel tempo.
Lo studio delle emissioni radio è possibile grazie a telescopi come
questo in figura: il SEST all’Osservatorio Europeo di La Silla in
Cile. Si tratta di antenne che ricevono dallo spazio i segnali radio emessi
dalle sorgenti celesti.
Simulazioni teoriche di galassie
Con questo tipo di studi si cerca soprattutto di riprodurre con i computerla
dinamica interna delle galassie ed il loro contenuto di gas, stelle e materia
oscura. Un ruolo importante di questi studi, assai sviluppati anche a Padova, è quello
di studiare l'interazione delle galassie con le altre ad esse vicine. E’ stato
dimostrato che le galassie, durante la loro esistenza, possono venire in
contatto con altre galassie e fondersi insieme. Tale fenomeno prende il
nome di “Merging”, ed è uno dei candidati più studiati
per comprendere l’evoluzione e la formazione delle galassie che oggi
vediamo con i nostri telescopi.
La ricerca di modelli matematici in grado di descrivere la struttura, la
formazione, e l'evoluzione delle galassie, può essere di aiuto per
una migliore comprensione della storia dell'Universo.Nonostante un'enorme
quantità di dati sulle galassie sia stata raccolta dai telescopi
e dai satelliti lanciati nello spazio a questo scopo, molto poco si conosce
su questi corpi celesti. Ad esempio, non si riesce ancora a spiegare come
mai alcuni di essi abbiano forma tondeggiante ed altri forma appiattita,
alcuni ruotino rapidamente ed altri lentamente.Non si ha ancora una chiara
idea se le prime stelle, la cui luce venne a squarciare il velo della tenebra
primordiale successiva alla grande deflagrazione, avessero caratteristiche
simili, oppure profondamente diverse, rispetto a quelle delle loro attuali
discendenti, ne' si conoscono ancora le esatte modalità della produzione
degli elementi più pesanti dell'idrogeno e dell'elio nel mezzo interstellare
primordiale.
Lo studio e l'utilizzo di modelli matematici, unitamente
alle attuali risorse informatiche, costituiscono un valido ausilio nel
tentativo di dare una risposta ai quesiti summenzionati.In particolare,
certi problemi possono riguardarci molto da vicino.Tra qualche miliardo
di anni la Via Lattea colliderà con
la galassia di Andromeda.Sarà la prima ad incorporare la seconda,
o viceversa, oppure non ci saranno vincitori ne' vinti?
Origine delle galassie
Si ritiene che le galassie nascano dalla crescita di perturbazioni primordiali
per aggregazione gerarchica di proto-nubi di materia oscura che catturano
i barioni li portano al collasso e alla formazione di galassie di vario
tipo. In questo contesto sono in corso grandi simulazioni al computer di
questo fenomeno mirate a chiarire il meccanismo di formazione e ad interpretare
le osservazioni. Le simulazioni riguardano sia galassie isolate chegalassie
interagenti gravitazionalmente.
Esperimenti di Astrofisica Gamma
L’esplorazione e la comprensione dell’Universo avviene raccogliendo
le informazioni che giungono fino a noi.La radiazione elettromagnetica che
possiamomisurare, con sistemi di rivelazione sulla terra o in orbita attorno
alla terra, è ricchissima di informazioni caratteristiche della sorgente
che l’ha prodotta. In particolare le regioni di più alta energia
della radiazione ci possono aiutare a capire quali sono i meccanismi di
formazione dei fenomeni cosmici più rilevanti nell’evoluzione
dell’universo.
L’esperimento FERMI
FERMI è un telescopio su
satellite dedicato alla rivelazione della radiazione gamma nella regione
di energia tra 20 MeV e 300 GeV, che verrà lanciato in orbita dalla
NASA nel 2008.
L’apparato
sperimentale di rivelazione è ispirato alle tecniche della fisica
delle particelle elementari e identifica i fotoni attraverso il processo
di conversione in coppie elettrone-positrone nella materia.
FERMI studierà la struttura del cielo nella regione gamma, con lo
scopo di identificare e classificarenuove sorgenti localizzate, di studiare
l’emissione diffusa, di capire i meccanismi di accelerazione negli
AGN, delle Pulsar e dei SNR. Studierà inoltre gli spettri di emissione
dei Gamma Ray Burst ed approfondirà il temadella materia oscura nell’universo,
cercando particolari processi di produzione di radiazione gamma nell’interazione
con nuovi stati di materia.
L’esperimento MAGIC
MAGIC (Major Atmospheric Gamma ray ImagingCerenkov telescope) è un
telescopio ad alta quota (2200 metri), dedicato all’osservazione della
radiazione gamma ad energie superiori a 30GeV. Il telescopio è collocato
nelsito di Roque de los Muchachos alle isole Canarie ed ha iniziato la raccolta
di dati nel 2004.
La
tecnica di rivelazione si basa sulla luce prodotta per effetto Cerenkov
da elettroni generati a cascata quando la radiazione gamma di altissima
energia raggiunge l’alta atmosfera terrestre. La luce raccolta dal
telescopio in immagini la cui struttura particolare permette la ricostruzione
dell’energia e della direzione di provenienza della radiazione primaria.
L’esperimento si propone lo studio e la classificazione di sorgentidi
radiazione gamma, in particolare di Nuclei Galattici Attivi (AGN),Supernova
Remnant (SNR), e gamma ray burst (GRB). Particolarmente interessante è la
misura dell’orizzonte cosmologico e lo studio delle origini della
materia oscura.
Cosmologia
La cosmologia e’ la disciplina di frontiera della moderna astrofisica,
avendo come scopo lo studio dei corpi e strutture piu’ remoti dell’universo.
Diversi cosmologi padovani si occupano di galassie, gruppi di galassie,
ammassi, superammassi, materia oscura, e radiazione di fondo cosmico.
Vengono
studiate alcune le leggi e proprietà fondamentali dell’Universo
osservato, come la legge di Hubble, i campi di velocità e i moti
peculiari delle galassie, le proprietà della distribuzione spaziale
delle galassie, le strutture su grande scala, la struttura e la dinamica
dell'intero Universo.
Molti ricercatori affrontano lo studio dell'Universo
più lontano,
utilizzando le galassie attive, le radiogalassie e i quasars come fari
campione.
Negli studi cosmologici formalizziamo e collochiamo
questi dati, tramite il principio cosmologico, in modelli di Universo
basati sulla teoria della Relativita’ di Einstein. Definiamo gli
osservabili cosmologici, distanze cosmiche, il redshift, i conteggi
di sorgenti, illustriamo le evidenze a favore di un universo evolutivo,
e analizziamo la radiazione cosmica nelle microonde.
Affrontiamo una disamina
della storia evolutiva dell’universo, basata
sul modello standard, studiando il Big Bang, le trasformazioni di fase,
l’inflazione, la nucleosintesi primordiale, l’era della radiazione,
la ricombinazione della materia e il disaccoppiamento della radiazione,
l’insorgere delle prime sorgenti cosmiche, ecc.
Attraverso simulazioni al computer si riproducono
in maniera virtuale l'evoluzione dell'universo dal Big Bang fino ad oggi,
usando tutti gli ingredienti fisici (forza di gravità, forze di pressione del gas, formazione delle stelle,
esplosione di supernovae...)che pensiamo siano importanti per descriverlo.
Confrontando il risultato di queste simulazioni con le osservazioni dei
telescopi, possiamo capire quali sono gli ingredienti giusti per ottenere
un universo uguale a quello osservato in realtà.
Progettazione e utilizzo di missioni spaziali
Una missione spaziale si realizza attraverso alcune fasi caratteristiche:
- definizione della missione
- studio di fattibilita’ (fase-A)
- identificazione delle specifiche per la costruzione del satellite
e la sua strumentazione (fase-B)
- costruzione e prove
- campagna di lancio e lancio
- operazioni in orbita
- analisi dei dati ottenuti
le fasi (a) e (b) possono svolgersi in ambiente
universitario con la collaborazione dell’industria; le fasi (c) e (d) si svolgono presso l’industria
con la partecipazione di ricercatori universitari; le fasi (e) ed (f) spettano
alle Agenzie Spaziali con l’assistenza dell’industria che ha
realizzato il satellite; la fase (g) spetta ai ricercatori.
A Padova si e’ partecipato all’analisi
dati dai satelliti ultravioletti OA2 e Copernicus (NASA), ESRO-TD1 e IUE (ESA), HST (NASA); alla
definizione della Faint Object Camera (ESA) a bordo di HST; alla
fase-A del satellite astrometrico HIPPARCOS dell’ESA (Alenia Spazio);
alla preparazione dell’analisi dati di HIPPARCOS nel Consorzio Europeo
FAST; si e’ partecipato al Comitato Scientifico dell’ESA per
HIPPARCOS e ai gruppi di lavoro della NASA e dell’ESA per i carichi
utili all’esterno della Stazione Spaziale Internazionale; si sono
condotte le attività di cui ai punti (a), (b), (c) di un telescopio
Ultravioletto da porsi sulla Stazione Spaziale Internazionale. Un satellite
Ultravioletto raccoglie la luce a lunghe d’onda tra 90 miliardesimi
di metro e 320 miliardesimi di metro che non è visibile da Terra.
Questa luce è ricca di informazione sullo stato chimico-fisico delle
sorgenti celesti quali stelle e Galassie.
I ricercatori padovani hanno collaborato al satellite
astrometrico HIPPARCOS, che ha misurato la posizione di 100mila stelle
i loro spostamenti sulla sfera celeste (moti propri annui) e la loro distanza
in termini di parallasse con la precisione di 2 millesimi di secondo d’arco (equivale alle
dimensioni angolari di un bambino sulla Luna visto dalla Terra. La parallasse
e’ l’angolo sotto cui è vista la distanza Terra-Sole.
La stella più vicina ha una parallasse di 0.7 secondi d’arco.
HIPPARCOS ha anche misurato posizione, moti propri e parallasse con precisione
di 0.025 secondi d’arco.
L’attività di ricerca richiede il mantenimento e l’aggiornamento
dei metodi e dei codici di calcolo per l’analisi di missione che include
l’analisi orbitale e degli effetti dell’ambiente spaziale sulla
strumentazione. L’analisi dati viene applicata alle tematiche d’interesse
nel campo dell’Astronomia.
Strumentazione spaziale
E’ stato progettato e costruito a Padova il telescopio ‘Wide
Angle Camera’ (WAC) per la missione cometaria europea ROSETTA, lanciata
nel marzo 2004verso la cometa periodica Churiumov-Gerasimenko e gli asteroidi
Steins e Lutetia. Sara’ un viaggio molto lungo, con 3 avvicinamenti
alla terra e uno a Marte, prima del balzo definitivo che porterà Rosetta
a mettersi in orbita attorno alla cometa nel 2014, per poi scendere assieme
verso il Sole. Dopo il lancio, sono state ottenute diverse immagini con
la WAC di campi stellari, di asteroidi e di una cometa che hanno permesso
di verificare le eccellenti proprietà ottiche della WAC. Importantissimo
sarà l’appuntamento del 3 marzo 2005 tra Rosetta e la Terra,
con uno spettacolare passaggio quasi radente in cui speriamo di ottenere
immagini spettacolari sia della terra che della luna.
Ricerche nel campo dei nuclei galattici attivi
Le galassie che ospitano un nucleo attivo (Active
Galactic Nucleus: AGN) sono di gran lunga gli oggetti più luminosi dell’Universo.
La loro luminosità è concentrata principalmente nel nucleo,
di aspetto stellare, che irradia un’energia almeno diecimila volte
quella dell’intera galassia sottostante. Per la loro alta luminosità i
nuclei delle galassie attive sono le uniche sorgenti celesti ancora visibili
quando la loro distanza è pari a quella dei confini del nostro universo,La
loro osservazione permette infatti di avere informazioni sulle caratteristiche
dell’universo in tempi remoti, pari al tempo impiegato dalla luce
a percorrere la distanza che ci separa da loro. Le galassie attive sono
quindi dei poderosi strumenti a nostra disposizione per studiare l’evoluzione
temporale del cosmo e investigare i principali meccanismi fisici correlati
con la sua evoluzione.
La loro presenza anche alle distanze delle galassie
normali più vicinepermette
di confrontare le loro proprietà intrinseche e quelle del loro ambiente
ad epoche cosmologiche diverse e di tracciarne l’evoluzione.
Le
galassie attive vicine vengono utilizzate per cercare di comprendere
la natura dei processi fisici che ne producono l’alta luminosità nucleare.
Questa infatti risulta essere generata in un volume di dimensioni talmente
ridotte (meno delle dimensioni del sistema solare) che non può essere
riprodotta con sorgenti stellari. Un buco nero massiccio sul quale cada
materiale dalla galassia circostante è l’unico modello fisico
capace di generare quantità di energia pari a quelle osservatein
volumi così ristretti.
Le proprietà nucleari, rivelate dalle osservazioni spettroscopiche,
mettono in risalto diverse classi di galassie attive, che differiscono fra
di loro per ilgrado di ionizzazione dei loro spettri a righe di emissione
e per la presenza di regioni circumnucleari, caratterizzate da differenti
dispersioni di velocità: Seyfert-1, Seyfert-2, Narrow
Line Seyfert-1. Le regioni extranucleari sono usualmente sede di forte
formazione stellare, Starburst, che si manifesta con diversi gradi
di intensità.
Uno degli scopi della ricerca nel campo delle galassie
attive è quello
di inquadrare i diversi aspetti con cui si manifestano le loro proprietà nucleari,
circumnucleari ed extranucleari nella cornice di un modello unificato, capace
di riprodurre tutte le tipologie osservate, cambiando semplicemente l’orientamento
della sua configurazione. Quest’ultima dovrebbe consistere in un buco
nero massiccio circondato da un toro di gas e polveri denso e da nubi di
gas ionizzato ad alta velocità (Broad Line Region, BLR), situate
dentro il toro vicino al buco nero
(vedi foto). Quest’ultimodovrebbeirradiare per accrescimento di materiale
(gas e stelle) proveniente dalla galassia. Nubi di gas ionizzato, situate
fuori dal toro, al disopra della sorgente centrale emettono le righe di
emissione a più bassa dispersione di velocità (Narrow Line
Region, NLR), osservate negli spettri.
Le ricerche che vengono condotte nel nostro Dipartimento
su questi oggetti straordinari utilizzano principalmente tecniche di indagine
di spettroscopia a fenditura (spettroscopia bidimensionale, 2D) e a matrice
di fibre (spettroscopia tridimensionale, 3D). Vengono utilizzati dati
ottici, ottenuti ai maggiori telescopi dello European Southern Observatory
e allo Special Astrophysical Observatory, oltre che all’Osservatorio di Asiago. Indagini nel range
X vengono condotte utilizzando dati dei satelliti ROSAT e XMM nell’ambito
di cooperazioni internazionali.
I principali temi di indaginesono:
1) Verifica del Modello Unificato negli AGN vicini
2) Relazioni fra proprietà del nucleo attivo
e galassia ospite
3) Effetti dell'interazione fra galassie sull'attivitànucleare.
4) Interferometria ottica di AGN con Very Large Telescope Interferometer(VLTI)
Si cerca quindi di rispondere alle domande più attuali
nel campo della fisica degli AGN e della loro evoluzione.
Contributi decisivi verranno dall’uso del VLTI, che permetterà di
osservare le regioni nucleari di galassie attive con una risoluzione spaziale
di 0.001 arcsec, che ai redshift degli oggetti più vicini (z ~ 0.01),
corrisponde a ~ 200pc. Sarà così possibile osservare quellestrutture
circumnucleari di dimensionidell'ordine dei 200 pc, di cui si suppone
per via indiretta la presenza, ovvero: le spirali, i dischi e le barre nucleari
che possono convogliare il gas verso il buco nero centrale. Inoltre saranno
rilevabili le regioni di formazione stellare distribuite intorno al toro
e naturalmente le NLR.
Astronomia quantistica
E’ una attività osservativa molto nuova che tende ad esplorare
proprietà della luce sinora non sfruttate dagli astronomi, e che
cominciano a uscire dall’ambito della speculazione teorica verso concrete
applicazioni (ad es. il teletrasporto, la comunicazione quantistica, ecc.).
Si spera pertanto di aprire una ‘nuova finestra’ sull’Universo.
E’ un lavoro che ha una forte connotazione europea, e che coinvolge
sia telescopi terrestri (anche quelli di Asiago) che telescopi spaziali.
