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An INTEGRAL view of the high-energy sky (the first 10 years)

The 9th INTEGRAL workshop “An INTEGRAL view of the high-energy sky (the first 10 years)” will take place from 15 to 19 October 2012 in Paris, Bibliothèque Nationale de France (Bibliothèque François Mitterrand). The workshop will be sponsored by ESA, CNES and other French and European Institutions. During this week, and in particular on 17 October 2012, we will celebrate the 10th anniversary of the launch of the INTEGRAL mission. 

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Hubble si spinge verso l’eXtremità dell’Universo

L’immagine ultra profonda realizzata dal telescopio spaziale Hubble e denominata Hubble Ultra Deep Field copre una piccolissima area di cielo nella direzione della costellazione della Fornace. Dopo aver elaborato i dati raccolti tra il 2003 e il 2004, gli astronomi hanno potuto ammirare migliaia di galassie, sia vicine che distanti, ottenendo così l’immagine più profonda dell’Universo. Ma la recente immagine denominata Hubble eXtreme Deep Field (XDF) è ancora più profonda e contiene circa 5500 galassie nonostante il suo piccolissimo campo di vista. In questa immagine si possono osservare galassie a spirale e galassie enormi e particolarmente rosse che sono il risultato di drammatiche collisioni con altre galassie e dove i processi di formazione stellare si sono arrestati. Inoltre, si possono notare galassie più piccole e più deboli che rappresentano quei siti cosmici da dove si sono successivamente sviluppate le galassie che osserviamo oggi. Insomma, in questa immagine è rappresentata la storia cosmica delle galassie da quelle primordiali a quelle che osserviamo nell’Universo attuale. “La XDF è l’immagine più profonda del cielo mai realizzata dove possiamo osservare le galassie più deboli e più distanti” dichiara Garth Illingworth della University of California a Santa Cruz e investigatore principale del programma Hubble Ultra Deep Field 2009 (HUDF09). “Si ritiene che la galassia più giovane che siamo in grado di osservare nell’immagine XDF esisteva già quando l’Universo aveva una età di circa 450 milioni di anni”. Prima che venisse lanciato il telescopio spaziale Hubble nel 1990, gli astronomi potevano rivelare la luce di galassie distanti circa 7 miliardi di anni-luce, perciò non era possibile ricostruire la storia dell’evoluzione cosmica delle galassie. Hubble, invece, aprì una nuova finestra sull’Universo e permise agli astronomi di avere tutte quelle informazioni fondamentali sulle galassie primordiali fornendo per la prima volta una chiara evidenza osservativa sul fatto che l’Universo sta veramente cambiando man mano che evolve nel tempo. Fra qualche anno, il successore di Hubble farà ancora meglio. Uno degli obiettivi scientifici della missione del telescopio spaziale James Webb sarà quello di esplorare l’Universo nella banda infrarossa dello spettro elettromagnetico andando sempre più indietro nel tempo al fine di rivelare le prime stelle e le prime galassie la cui radiazione riempì di luce lo spazio subito dopo l’età scura dell’Universo.

[Press release: Hubble Goes to the eXtreme to Assemble Farthest Ever View of the Universe]

DEcam, la camera digitale più sensibile a caccia dell’energia scura

Il progetto scientifico denominato Dark Energy Survey (DES) è una collaborazione internazionale che permetterà di avere maggiori indizi su ciò che sta determinando l’espansione accelerata dell’Universo. Questa forza enigmatica, a cui gli astronomi hanno attribuito il termine energia scura, ha un potere distruttivo ma occorreranno miliardi di anni prima che possa prendere il sopravvento nel nostro Sistema Solare.

Kathy Romer dell’Università del Sussex afferma: “L’Universo sembra espandersi sempre più rapidamente e non sappiamo che cosa sta causando tutto ciò. Tuttavia, lo strumento DEcam (Dark Energy Camera), capace di osservare 100 mila galassie contemporaneamente fino ad una distanza di circa 8 miliardi di anni-luce, ci aiuterà ad avere una risposta”. Le prime immagini del cielo australe sono state realizzate il 12 Settembre con la camera digitale DEcam, installata presso il telescopio Victor M. Blanco dell’osservatorio Cerro Tololo Inter-American Observatory (CTIO) in Cile,  composta da 62 moduli CCD che permettono di raggiungere una risoluzione totale di 570 Megapixel, la più elevata per uno strumento di questo tipo. La survey del cielo dovrebbe iniziare il prossimo mese di Dicembre e dopo una serie di test potrà privilegiare delle eccellenti condizioni meteo delle Ande cilene per produrre le prime immagini ad altissima risoluzione. Nel corso di cinque anni, la DEcam osserverà 5000 gradi quadrati di cielo, fornendoci le immagini di almeno 300 milioni di galassie, 100 mila ammassi di galassie e circa 4000 supernove, allo scopo di studiare gli effetti dovuti all’enigmatica energia scura ma anche la distribuzione di materia su larga scala. Il progetto è supportato dai fondi del Department of Energy (USA), della National Science Foundation e da alter agenzie del Regno Unito, Spagna, Brasile, Germania e Svizzera.

WiggleZ conferma il ‘nostro’ modello di Universo

E’ noto che le galassie sono formate dalle stelle e che le galassie a loro volta si raggruppano per formare gli ammassi di galassie e che, ancora, gli ammassi di galassie formano le strutture più grandi che conosciamo, i super ammassi. Ma a quale livello, se ne esiste uno, si ferma questa sorta di sequenza di strutture cosmiche? Gli scienziati hanno a lungo dibattuto su questo argomento dato che la formazione degli ammassi su larga scala sarebbe in contrasto con quanto viene descritto dal “nostro” modello cosmologico standard. Questo modello si basa sulle equazioni della relatività generale e assume che qualsiasi struttura cosmica sia abbastanza lineare e continua considerando le più grandi scale cosmologiche. Se, però, trovassimo che la materia si addensa su queste enormi distanze cosmiche allora dovremmo rivedere il nostro modello di Universo.

I cosmologi sono d’accordo sul fatto che su scale più ‘piccole’, si intendono distanze dell’ordine di decine di milioni di anni-luce, le strutture tendono a raggrupparsi. Dunque, il modello cosmologico standard può essere ancora corretto se la distribuzione di materia si mantiene omogenea su scale cosmiche maggiori, non importa la direzione di vista. Tuttavia, alcuni scienziati hanno di recente affermato che l’Universo nella sua totalità non è sempre omogeneo e che , invece, la materia si addensa su scale più piccole, un po’ come i famosi frattali di Mandelbrot che descrivono, ad esempio, la struttura di un fiocco di neve. Ciò vuol dire che se l’Universo possiede proprietà simili a quelle di un frattale, la nostra descrizione dello spaziotempo è sbagliata così come il concetto di energia scura. Oggi, la pubblicazione di nuovi dati che derivano da una survey del cielo potrebbero mettere fine a questo dibattito. Infatti, grazie ad una serie di osservazioni condotte con il telescopio anglo-australiano è stato trovato che su distanze cosmologiche maggiori di 350 milioni di anni-luce la materia si distribuisce in maniera estremamente regolare presentando qualche piccola struttura che ricorda i frattali. La survey denominata WiggleZ contiene più di 200 mila galassie e si riferisce ad un volume di spazio di circa 3 miliardi di anni-luce cubici. Questa scoperta è di fondamentale importanza perché conferma le nostre idee e i metodi utilizzati per studiare la struttura dell’Universo. La nostra comprensione dell’Universo, il modo con cui interpretiamo l’informazione che ci arriva dalle stelle e dalle galassie potrebbe essere diversa se l’Universo non fosse così regolare su larga scala. Da questa ricerca emerge, però, che se analizziamo la distribuzione spaziale delle galassie fino a distanze dell’ordine di 930 milioni di anni-luce si trova una situazione di omogeneità, in altre parole non sono presenti addensamenti di materia su larga scala. Insomma, da quanto ci viene fornito dai dati del progetto WiggleZ Dark Energy Survey possiamo essere sicuri, con un elevato grado di certezza, che il nostro modello di Universo su larga scala è corretto.

ArXiv: The WiggleZ Dark Energy Survey: the transition to large-scale cosmic homogeneity

La distribuzione della materia scura su scale cosmologiche più grandi

L’immagine mostra come la materia scura si distribuisce nello spazio in una sorta di rete cosmica gigantesca (le regioni più dense in bianco) alternata da zone vuote (più scure nell’immagine).
Credit: Van Waerbeke, Heymans e CFHTLens collaboration.

Grazie ad una collaborazione scientifica tra le Università del British Columbia e quella di Edinburgo, un gruppo di astronomi hanno presentato i risultati della loro ricerca al 219° meeting dell’American Astronomical Society mostrando la ‘prima mappa’ della distribuzione di materia scura su scale cosmologiche più grandi rispetto a quelle ottenute in precedenza. I dati confermano che l’Universo è come riempito di una sorta di ‘rete cosmica’ alquanto intricata costituita essenzialmente di materia scura che funge da scheletro sul quale le galassie sono, per così dire, ancorate. Gli scienziati, guidati da Van Waerbeke dell’University of British Columbia, in Canada, e Catherine Heymans dell’University of Edinburgh, in Scozia, hanno analizzato le immagini di circa 10 milioni di galassie esplorando quattro regioni diverse del cielo, studiando gli effetti della distorsione della luce che è soggetta all’effetto della lente gravitazionale quando passa attraverso le enormi distribuzioni di materia scura. La survey, denominata Canada-France-Hawaii Telescope Lensing Survey (CFHTLenS), è in corso da oltre cinque anni e fino ad oggi ha permesso di raccogliere la luce di galassie distanti osservate quando l’Universo aveva una età di circa 6 miliardi di anni.

[Press release: Astronomers reach new frontiers of dark matter]

Il telescopio del Polo Sud ‘sostiene’ la costante cosmologica

L’analisi dei dati raccolti con il telescopio di 10m del Polo Sud (SPT) sembra favorire l’ipotesi della costante cosmologica come la spiegazione più semplice al mistero dell’energia scura, una idea che lo stesso Einstein considerò il suo più grande errore (vedasi Idee sull’Universo). I risultati delle osservazioni riguardano anche la massa dei neutrini, quelle particelle elusive e più abbondanti che esistono nell’Universo e che fino a qualche tempo fa si riteneva non avessero massa. I dati supportano il modello dell’energia scura che si basa sull’ipotesi della costante cosmologica nonostante SPT abbia osservato una piccola frazione di cielo e solo 100 degli oltre 500 ammassi di galassie che sono stati finora considerati. Gli scienziati sperano, comunque, che nel momento in cui sarà disponibile l’insieme totale dei dati ottenuti dalla survey si potranno porre dei limiti più stringenti sull’energia scura e possibilmente determinare con più precisione la massa dei neutrini.

Il progetto WiggleZ fornisce nuovi dati sulla massa del neutrino

A distanza di due anni dall’inizio del programma di ricerca denominato WiggleZ Dark Energy Survey, che ha lo scopo di realizzare una enorme mappa galattica tridimensionale di circa 240 mila galassie, le particelle più leggere ed elusive presenti nell’Universo cominciano a diventare più facilmente monitorabili. Dopo più di 200 notti di osservazioni e migliaia di calcoli, un gruppo internazionale di astronomi hanno pubblicato un articolo in cui vengono presentati i risultati di uno studio che permette di fare luce su un nuovo metodo che ha lo scopo di misurare la massa dei neutrini. Grazie allo studio dei meccanismi che portano alla formazione delle galassie, i loro dati, combinati con quelli di altre osservazioni astronomiche, permettono di definire un limite all’intervallo dei valori della massa del neutrino.

ArXiv: The WiggleZ Dark Energy Survey: Cosmological neutrino mass constraint from blue high-redshift galaxies

Un nuovo metodo per misurare l’espansione dell’Universo

I dati della 6df Galaxy Survey. Ogni punto rappresenta una galassia e la Terra si trova al centro dell’immagine.
Credit: The International Centre for Radio Astronomy Research

Un gruppo di ricercatori dell’International Centre for Radio Astronomy Research (ICRAR) a Perth in Australia sono stati in grado di produrre una delle misure più accurate mai realizzate della costante di Hubble per determinare il tasso di espansione dell’Universo.

La costante di Hubble è un parametro cosmologico fondamentale perchè ci permette di misurare la dimensione e l’età dell’Universo. Man mano che lo spazio si espande, le galassie si allontanano le une dalle altre perciò la costante di Hubble ci dà una misura su quanto velocemente esse si stanno allontanando da noi. Analizzando la luce proveniente da una galassia remota, gli astronomi possono determinare la velocità e la direzione del moto di quella galassia. Tuttavia, determinare la distanza a cui essa si trova è una operazione un pò più complicata. Fino ad oggi, queste misure sono state ottenute osservando la luminosità dei singoli oggetti presenti in quella galassia, come ad esempio le variabili Cefeidi o le supernovae di tipo Ia. Questi oggetti vengono utilizzati come ‘candele standard’ di luminosità per derivare la distanza a cui essi si trovano. Dato, però, che questo metodo presenta errori sistematici i ricercatori dell’ICRAR hanno introdotto un approccio completamente diverso in modo da eliminare, almeno in parte, questi errori. Essi hanno lavorato sui dati di una survey di più di 125 mila galassie, realizzata con il telescopio UK Schmidt Telescope. Denominata 6dF Galaxy Survey si tratta della più grande osservazione di quasi la metà del cielo relativamente alle galassie vicine. Poichè le galassie tendono ad ammassarsi, misurando il loro grado di addensamento e mettendolo in relazione con altri parametri cosmologici, i ricercatori sono stati in grado di misurare la costante di Hubble con un grado di incertezza inferiore al 5%. “Questo approccio nel determinare la costante di Hubble costituisce un metodo diretto, preciso e consistente e fornisce una verifica sperimentale indipendente rispetto agli altri metodi” spiega il professor Matthew Colless, Direttore dell’Australian Astronomical Observatory. Naturalmente, questo nuovo metodo per misurare l’espansione dell’Universo dovrà essere ulteriormente verificato considerando survey di galassie ancora più grandi.

6df Galaxy Survey fly through from ICRAR on Vimeo

ArXiv: The 6dF Galaxy Survey: Baryon Acoustic Oscillations and the Local Hubble Constant

SDSS-III, la più grande mappa del cielo a ‘colori’

La mappa del cielo realizzata con la survey SDSS-III relativa al polo galattico nord.
Credit: SDSS

Gli astronomi della Sloan Digital Sky Survey (SDSS) stanno lavorando alla più grande mappa del cielo a colori realizzata finora. E’ stata denominata con la sigla SDSS III ed è disponibile al pubblico. La mappa è costituita da milioni di immagini, ognuna di dimensione pari a 2,8 megapixel, che sono state ottenute negli ultimi dieci anni. Il risultato è una immagine a colori, formata da più di un triliardo di pixel, così grande e dettagliata che ci vorrebbero almeno 500 mila TV ad alta definizione per osservarla nella sua totalità.

Questa immagine ci fornisce ulteriori informazioni che saranno la chiave di nuove scoperte scientifiche per i prossimi anni” spiega Bob Nichol dell’University of Portsmouth e portavoce scientifico del progetto SDSS III. I dati di questa fantastica survey del cielo, assieme a quelli ottenuti dalle precedenti osservazioni, rappresentano un enorme tesoro scientifico. Grazie a SDSS, è stato infatti possibile identificare quasi mezzo miliardo di oggetti astronomici, tra cui asteroidi, stelle, galassie e quasar distanti. “Si tratta di una enorme quantità di dati nella storia della Scienza” dichiara Mike Blanton della New York University e responsabile dell’archivio dei dati SDSS III. Il progetto è partito nel 1998 utilizzando quella che è attualmente la più grande camera digitale, un rivelatore di 138 megapixel, situata presso il telescopio di 2,5m all’Apache Point Observatory nel Nuovo Messico. In questi ultimi dieci anni, la camera ha osservato un terzo dell’intero cielo ed oggi sta andando in pensione, anche se farà parte della collezione permanente dello Smithsonian Museum tra gli oggetti che hanno contribuito in maniera speciale alla ricerca astronomica. E ora cosa succederà? Questa super immagine rappresenta il punto di partenza delle prossimesurvey del cielo. “Abbiamo migliorato gli attuali strumenti della SDSS e li stiamo utilizzando per determinare le distanze di circa un milione di galassie” dice David Schlegel del Lawrence Berkeley National Laboratory ed investigatore principale dello spettroscopio BOSS (Baryon Oscillation Spectroscopic Survey). Fotografare le galassie, anzichè determinare le loro distanze, permette di ottenere una mappa 3D molto dettagliata sulla loro distribuzione spaziale. BOSS è iniziato nel 2009 e continuerà ad osservare il cielo fino al 2014 estendendo così l’originale survey SDSS su un volume di spazio ancora più grande. L’obiettivo di BOSS sarà quello di tentare di misurare come l’energia scura sia cambiata nel corso del tempo cosmico. “L’energia scura è il più grande mistero della Scienza di oggi” afferma Schlegel, “perciò SDSS sarà uno dei progetti leader che tenteranno di risolvere questo affascinante mistero“.

Altri progetti SDSS riguardano la survey Sloan Extension for Galactic Understanding and Exploration (SEGUE), che ha lo scopo di studiare le proprietà dinamiche di centinaia di migliaia di stelle che si trovano nelle regioni più esterne della Via Lattea; MARVELS che avrà lo scopo di misurare gli spettri di circa 8500 stelle vicine e simili al Sole alla ricerca di pianeti giovani ma anche di delle cosiddette nane brune; APOGEE (APO Galactic Evolution Experiment) che, invece, misurerà gli spettri nella banda dei raggi infrarossi dello spettro elettromagnetico studiando in maniera sistematica le stelle della nostra galassia, anche quelle che si trovano ben al di là del bulge galattico.

SDSS Pub: SDSS-III: Massive Spectroscopic Surveys of the Distant Universe, the Milky Way Galaxy, and Extra-Solar Planetary Systems