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Modelli e osservazioni a confronto sulla formazione e l’evoluzione delle galassie

Di solito, quando si parla degli astronomi si pensa a delle persone che trascorrono il tempo a caccia di stelle o galassie che vengono osservate attraverso i grandi telescopi ottici posti in cima alle montagne. Rachel Somerville, un astronomo della Rutgers University, dipende dalle osservazioni che vengono realizzate, sia a terra che dallo spazio, dai suoi colleghi. Il suo campo principale di ricerca è quello di comprendere attraverso modelli costruiti con i grandi computer come si sono formate le galassie miliardi di anni fa e come esse continuano ad evolvere nel corso del tempo cosmico.

Strumenti importanti come il telescopio spaziale Hubble permettono di esplorare le regioni più remote dell’Universo aprendo una finestra temporale che rivela agli astronomi come apparivano le galassie man mano che prendevano forma durante le epoche primordiali della storia cosmica. I modelli costruiti al computer aiutano i ricercatori a rappresentare quanto più possibile la realtà in modo da ottenere una migliore descrizione di come si sono formate le galassie. Somerville, professoressa di astrofisica presso il Dipartimento di Fisica e Astronomia della Scuola di Arte e Scienze, realizza delle simulazioni numeriche applicando i principi fisici che stanno alla basa della formazione delle galassie. Le sue simulazioni mostrano come i gas idrogeno ed elio collassino per formare stelle e galassie e come le supernovae e i buchi neri influenzano gli ambienti galattici. “E’ molto difficile realizzare modelli che descrivano le osservazioni” spiega Somerville. “Cerco di intermediare tra ciò che riusciamo ad osservare nella realtà con ciò che sono le previsioni dei modelli”. Naturalmente, gli astronomi non possono vedere come evolve una singola galassia perciò le simulazioni numeriche diventano essenziali per comprendere quale potrebbe essere il percorso evolutivo che seguono galassie differenti. “Osserviamo galassie in punti diversi del loro ciclo evolutivo e a diverse lunghezze d’onda” dice Somerville. I modelli possono così aiutare gli astronomi a prevedere quale tipo di galassia primordiale sia evoluta in una forma a disco, come ad esempio la Via Lattea, mentre altre hanno preso un’altra strada verso cioè una forma più rotonda o ellittica. Uno degli obiettivi di Somerville sarà ora quello di ottenere sempre più indizi sulla formazione delle galassie e sviluppare nuove aree di ricerca come lo studio dei pianeti extrasolari. L’American Astronomical Society e l’American Institute of Physics hanno assegnato a Somerville il premio Dannie Heineman per l’Astrofisicaper aver fornito indizi fondamentali sulla formazione e l’evoluzione delle galassie utilizzando modelli e simulazioni numeriche e dati osservativi”.

Rutgers: Astronomer Creates Computer Models that Help Explain How Galaxies Formed and Evolved

AIP: Astrophysicist Rachel Somerville Wins 2013 Dannie Heineman Prize for Astrophysics

La ‘nebbia cosmica’ dell’Universo vicino

I ricercatori del Laboratoire Leprince-Ringuet (CNRS / École Polytechnique) hanno effettuato la prima misura della intensità della luce diffusa extragalattica distribuita nell’Universo vicino, una ‘nebbia di fotoni’ che ha riempito lo spazio cosmico fin dalla sua formazione. Le misure sono state condotte utilizzando il sistema di telescopi HESS, situati in Namibia, che hanno permesso di eseguire una serie di osservazioni di alcune sorgenti molto brillanti nella banda dei raggi gamma. Lo studio è complementare a quello recentemente effettuato dal telescopio spaziale Fermi (post). Questi risultati forniscono nuovi indizi sulle dimensioni dell’Universo osservabile nella banda dei raggi gamma e fanno luce sui processi di formazione stellare e sull’evoluzione delle galassie.


arXiv: Measurement of the extragalactic background light imprint on the spectra of the brightest blazars observed with H.E.S.S.

NGC 1277, una galassia insolita contenente un buco nero fuori dalla norma

Una serie di osservazioni realizzate mediante il telescopio Hobby-Eberly dell’Università del Texas presso l’osservatorio McDonald ad Austin hanno permesso di misurare la massa di quello che potrebbe essere il buco nero più massiccio mai rivelato. Situato nel nucleo di NGC 1277, si calcola che la sua massa, pari a circa 17 miliardi di masse solari, rappresenti il 14% della massa dell’intera galassia ospite, contro un valore dello 0,1% che si trova di solito nelle altre galassie, e questo ne fa un buco nero “fuori dalla norma”. La galassia in esame assieme ad altre galassie che fanno parte dell’oggetto di studio potrebbero portare i ricercatori a modificare alcuni modelli su come si originano ed evolvono i buchi neri e le galassie, un processo che non è ancora del tutto chiaro.

NGC 1277 si trova a circa 220 milioni di anni-luce nella costellazione del Perseo e ha una massa e una dimensione pari al 10% rispetto alla Via Lattea. Nonostante le dimensioni ridotte della galassia, il buco nero si estende per ben 11 volte le dimensioni dell’orbita di Nettuno attorno al Sole. “Si tratta di una galassia alquanto insolita, fatta quasi interamente dal buco nero e ciò potrebbe essere il primo esempio di una nuova classe di oggetti che potremmo definire sistemi galassia-buco nero”,  spiega Karl Gebhardt. Dato che la massa del buco nero è molto più grande di quanto ci si aspetta, questo ci porta a pensare che le galassie più massicce presentano un processo fisico differente che determina una diversa evoluzione dei buchi neri che essi ospitano.

[Press release: Texas Astronomers Measure Most Massive, Most Unusual Black Hole Using Hobby-Eberly Telescope]

arXiv: An Over-Massive Black Hole in the Compact Lenticular Galaxy NGC1277

New Trends in Radio Astronomy in the ALMA Era – The 30° Anniversary of Nobeyama Radio Observatory

https://i0.wp.com/www.nro.nao.ac.jp/~nro30/Symposium2012/Welcome_files/poster.jpgNew Trends in Radio Astronomy in the ALMA Era – The 30° Anniversary of Nobeyama Radio Observatory – In 2012, we will celebrate the 30th anniversary of Nobeyama Radio Observatory (NRO) in National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ).  Continua a leggere New Trends in Radio Astronomy in the ALMA Era – The 30° Anniversary of Nobeyama Radio Observatory

MACS0647-JD, la galassia ‘più distante’ dell’Universo

Grazie ad una serie di osservazioni incrociate ottenute mediante il telescopio spaziale Hubble e il telescopio spaziale Spitzer, gli astronomi hanno trovato quella che probabilmente potrebbe essere la galassia più distante mai osservata. L’oggetto, denominato con la sigla MACS0647-JD, appartiene ad una epoca in cui l’Universo aveva solo il 3% della sua età attuale, cioè pari a circa 420 milioni di anni dopo il Big Bang, perciò la luce ha viaggiato per 13.3 miliardi di anni prima di raggiungere i nostri telescopi.

Si tratta dell’ultima scoperta ottenuta mediante il programma Cluster Lensing And Supernova survey with Hubble (CLASH) che utilizza gli ammassi più grandi di galassie come lenti gravitazionali per rivelare le galassie più remote dell’Universo. La gravità dovuta alla distribuzione di materia presente nell’ammasso amplifica la luce della galassia che si trova al di là dell’ammasso rendendo le immagini multiple prodotte dall’effetto della lente gravitazionale molto più luminose. L’oggetto in questione è così piccolo che si ritiene esista ancora in una fase primordiale della sua evoluzione: di fatto, una prima analisi mostra che il diametro della galassia è inferiore a 600 anni-luce di diametro, per confronto la Via Lattea si estende per circa 150 mila anni-luce, mentre si stima per la sua massa un valore di circa 100 milioni o un miliardo di masse solari, equivalente a 0,1-1% della massa delle stelle presenti nella Via Lattea. I ricercatori hanno trascorso diversi mesi prima di escludere tutte le altre spiegazioni alternative al fine di identificare l’oggetto e attribuirgli il record di distanza. La galassia sarà quasi certamente un obiettivo primario per la prossima missione del telescopio spaziale James Webb, il cui lancio è previsto nel 2018, in modo tale che gli astronomi saranno in grado di effettuare una misura definitiva della sua distanza e potranno così studiare le sue proprietà in modo più dettagliato.

[Press release: Hubble helps find candidate for most distant object in the Universe yet observed]

arXiv: CLASH: Three Strongly Lensed Images of a Candidate z ~ 11 Galaxy


Video: Zoom on galaxy cluster MACS J0647.7+7015

Le galassie ‘puntiformi’ osservate dal telescopio spaziale Herschel

L’immagine rappresenta una regione dell’Universo distante ottenuta con lo strumento SPIRE a bordo del telescopio spaziale Herschel.
Credit: ESA / SPIRE and HerMES consortia

In questa spettacolare immagine ripresa con l’osservatorio spaziale Herschel, ogni puntino luminoso rappresenta una galassia. Si tratta di galassie distanti, visibili nella banda degli infrarossi, assemblate come tantissimi granelli di sabbia, ad una distanza di circa 10-12 miliardi di anni-luce, che formano enormi ammassi di galassie a causa della reciproca attrazione gravitazionale.

Alle singole galassie sono stati attribuiti dei falsi colori, blu, verde e rosso, per rappresentare tre diverse lunghezze d’onda. Quelle che appaiono in bianco hanno uguale intensità nelle tre bande dello spettro elettromagnetico e sono quelle che hanno un numero maggiore di stelle. Le galassie in rosso sono le più distanti e si trovano a circa 12 miliardi di anni-luce. Queste galassie ultra luminose visibili nell’infrarosso esibiscono un elevato tasso di formazione stellare. Nell’immagine d’insieme si perde l’effetto di ammassamento ma in realtà le galassie stanno interagendo le une con le altre per produrre tante stelle come risultato della violenta interazione gravitazionale. L’immagine qui riprodotta fa parte del programma Herschel Multi-tiered Extragalactic Survey (HerMES) Key Project che ha lo scopo di studiare l’evoluzione delle galassie nell’Universo distante. La regione di cielo si chiama Lockman Hole e si trova proiettata nella costellazione boreale dell’Orsa Maggiore.

International Symposium on Frontiers in Radio Astronomy 2012

International Symposium on Frontiers in Radio Astronomy 2012 – We are excited to announce the first international science symposium “Frontiers in Radio Astronomy” to be held in Guiyang, China between Oct 29th and Nov 3rd.   Continua a leggere International Symposium on Frontiers in Radio Astronomy 2012

Le ‘collisioni galattiche’ rendono le galassie più dense

Grazie al fenomeno della lente gravitazionale, un gruppo di astronomi dell’Università dello Utah hanno scoperto che i nuclei delle galassie più massicce stanno diventando sempre più densi, una evidenza dovuta a collisioni (merging) tra galassie ripetute nel corso del tempo.

“Abbiamo osservato che durante gli ultimi 6 miliardi di anni la materia che forma le galassie ellittiche più massicce si sta concentrando verso i nuclei di queste galassie” spiega Adam Bolton investigatore principale di questo studio. “Ciò suggerisce che le galassie più grandi si stanno scontrando con altre galassie per formare sistemi ancora più grandi. C’è da dire che altri studi recenti hanno messo in evidenza che queste galassie gigantesche diventano sempre più grandi principalmente a causa dell’interazione gravitazionale con galassie più piccole. Noi, invece, stiamo dicendo che le collisioni titaniche tra queste galassie sono altrettanto importanti come quelle dovute al merging con galassie più piccole”. Gli astronomi hanno analizzato 79 lenti gravitazionali, grazie alle immagini della Sloan Digital Sky Survey-III, del telescopio di 2,5 metri dell’Apache Point Observatory e del telescopio spaziale Hubble, e hanno studiato l’anello di luce di una galassia distante quando viene distorto dalla gravità dovuta ad una galassia interposta lungo la linea di vista. La dimensione dell’anello di luce fornisce la massa di ogni galassia mentre la velocità delle stelle è stata utilizzata per calcolare la distribuzione della massa in ogni galassia.

[Press release: When Galaxies Eat Galaxies]

ArXiv: The BOSS Emission-Line Lens Survey. II. Investigating Mass-Density Profile Evolution in the SLACS+BELLS Strong Gravitational Lens Sample

WISE rivela milioni di buchi neri e ‘hot DOG’

La missione spaziale Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) ha permesso di rivelare recentemente una notevole quantità di buchi neri supermassicci e galassie ‘hot DOGs’ (Dust Obscured Galaxies).

Le immagini realizzate dal telescopio spaziale per raggi-infrarossi mostrano milioni di candidati buchi neri mascherati dalle polveri e circa un migliaio di oggetti che si possono considerare tra le galassie più brillanti mai osservate. “WISE ha messo in luce tutta una serie di oggetti nascosti dalle polveri cosmiche”, spiega Hashima Hasan, James Webb Space Telescope program scientist presso la NASA Headquarters a Washington“Abbiamo trovato un asteroide che ‘danza’ davanti all’orbita terrestre, oggetti di tipo stellare a bassissima temperatura e ora buchi neri supermassicci e galassie brillanti celati dalle polveri”. Queste ultime scoperte stanno aiutando gli astronomi a capire meglio come si formano ed evolvono le galassie e i buchi neri che risiedono nei loro nuclei. In uno dei progetti scientifici che sono stati proposti, gli astronomi hanno utilizzato WISE per identificare circa 2,5 milioni di buchi neri supermassicci in piena attività fino a distanze superiori a 10 miliardi di anni-luce. Circa il 70% di questi oggetti non sono mai stati rivelati in precedenza a causa della polvere che blocca la luce. Nonostante ciò, WISE è stato in grado di farlo poichè la materia che si accresce attorno ai buchi neri viene riscaldata e quindi può essere facilmente rivelata nella banda dell’infrarosso. Per quanto riguarda le galassie, si tratta di oggetti estremamente brillanti che possono emettere una quantità di luce più di 100 trilioni di volte quella del Sole. Le galassie sono completamente immerse nelle polveri e possono essere rivelate solamente a lunghezze d’onda molto lunghe della banda dell’infrarosso. Grazie anche alle immagini catturate dal telescopio spaziale Spitzer è stato possibile rivelare la presenza di buchi neri supermassicci e una elevata attività di formazione stellare. “Queste galassie immerse nelle polveri sono estremamente attive e rare allo stesso tempo. Abbiamo dovuto esplorare l’intero cielo prima di osservarle” spiega Peter Eisenhardt project scientist di WISE presso il JPL“Inoltre abbiamo evidenze che le galassie hanno dato vita ai loro buchi neri prima che si sono formate la maggior parte delle stelle. In altre parole, le uova sono nate prima delle galline”. Altre immagini ottenute combinando le osservazioni del Caltech’s Submillimeter Observatory a Mauna Kea suggeriscono che queste galassie sono almeno due volte più luminose rispetto alle altre galassie brillanti rivelate nell’infrarosso. Gli astronomi ritengono che una spiegazione sia legata alle polveri che vengono riscaldate dall’estrema attività dei buchi neri. Forse stiamo osservando una nuova e rara fase di evoluzione galattica.

ArXiv 1: Mid-Infrared Selection of AGN with the Wide-Field Infrared Survey Explorer. I. Characterizing WISE-Selected AGN in COSMOS

ArXiv 2: The First Hyper-Luminous Infrared Galaxy Discovered by WISE

ArXiv 3: Submillimeter Follow-up of WISE-Selected Hyperluminous Galaxies

La teoria del ‘big burp’ secondo Greg Sivakoff

Grazie ad una serie di osservazioni condotte dalla Terra e dallo spazio per mezzo del satellite RXTE, un gruppo di astronomi guidati da Greg Sivakoff dell’University of Alberta stanno tentando di studiare un fenomeno astrofisico di alta energia che riguarda l’emissione di getti di plasma che emergono dalle regioni centrali del disco di accrescimento che circonda un buco nero. Sivakoff è convinto che lo studio di questo oggetto esotico, denominato con la sigla H1743-322, può fornire nuovi indizi non solo sulla formazione dei getti relativistici e la presenza dei dischi di accrescimento ma anche sugli effetti che i getti hanno nel processo evolutivo delle galassie. Il buco nero è interessante perchè espelle materia sottoforma di getti ogni circa otto mesi.

ArXiv 1:  Disc-jet coupling in the 2009 outburst of the black hole candidate H1743-322

ArXiv 2:  Radiatively e cient accreting black holes in the hard state: the case study of H1743322