La figura riassume le vastissime potenzialità della survey CALIFA. Al centro si vede come l’immagine di una galassia viene decomposta in un gran numero di regioni, la cui luce viene portata allo spettrografo PMAS-PPAK da fasci di fibre ottiche, per poi essere scomposta nelle diverse lunghezze d’onda. I contorni esagonali riproducono il campo di vista dello strumento.
Nell’esagono superiore al centro sono riprodotte le immagini a colori di alcune galassie osservate da CALIFA: si riconoscono le svariate morfologie (spirali, ellittiche e irregolari) che compongono il campione studiato. Negli altri esagoni sono riprodotte le mappe delle proprietà fisiche derivati dagli spettri ottenuti regione per regione (velocità del gas, emissione del gas ionizzato, densità di massa in stelle, eta’ media delle stelle). Le varie mappe si corrispondono in tutti gli esagoni. Crediti: R. Garcia-Benito, F. Rosales-Ortega, E. Pérez, C.J. Walcher, S. F. Sanchez and the CALIFA team
Le galassie che osserviamo nel nostro circondario cosmico, quelle più vicine a noi, sono il risultato di un lungo e tortuoso processo di evoluzione iniziato 13.6 miliardi di anni fa, subito dopo il Big Bang, e la loro storia, spesso frutto di interazioni e atti di ‘cannibalismo’ con altre galassie, è codificata nelle loro proprietà fisiche attuali. Il progetto CALIFA (The Calar Alto Legacy Integral Field Area Survey), una collaborazione di oltre 90 astronomi in 25 Istituti di ricerca in 17 Paesi diversi, tra cui l’Italia con l’INAF-Osservatorio Astrofisico di Arcetri, ha come obiettivo di ‘leggere e decifrare’ queste proprietà, per ricostruire la storia evolutiva di 600 galassie a distanze comprese tra 70 e 400 milioni di anni luce e studiare le loro caratteristiche con una precisione e un livello di dettaglio mai raggiunto finora.
Oggi viene rilasciata ufficialmente la seconda distribuzione pubblica di dati relativi a 200 galassie, un’altra parte del campione complessivo di CALIFA, che vanno a raddoppiare il numero di oggetti celesti presenti nel primo set di dati messo a disposizione della comunità scientifica un anno fa. In questa immensa mole di informazioni scientifichesono presenti oltre un milione e mezzo di spettri, praticamente tanti quanti sono gli spettri di galassie raccolti dalla più grande survey spettroscopica finora realizzata, la Sloan Digital Sky Survey (SDSS). «I dati relativi alle prime cento galassie che erano stati resi pubblici nel novembre 2013 hanno già avuto migliaia di download e hanno prodotto studi di grande impatto, sia da parte di membri della collaborazione, sia da astronomi esterni ad essa» sottolinea il Principal Investigator del progetto CALIFA, Sebastian F. Sánchez, dell’Instituto de Astronomía, Universidad Nacional Autonóma de México. «Con questa seconda distribuzione di dati, CALIFA si avvia ad essere un riferimento nel campo delle survey osservative extragalattiche».
CALIFA si avvale di una particolare tecnica detta “Integral Field Spectroscopy” (IFS) o “Imaging Spectroscopy”, che unisce i vantaggi di avere contemporaneamente immagini dettagliate delle galassie e informazioni provenienti dalla spettroscopia, ovvero l’analisi della luce scomposta nelle sue componenti a varie lunghezze d’onda. CALIFA è la prima survey IFS pensata per un utilizzo pubblico e a lungo termine. Questo progetto, unico al mondo, è reso possibile dalla combinazione del potere di raccolta della luce del telescopio da 3.5m di Calar Alto, dal grande campo di vista del suo strumento PMAS-PPAK (realizzato dal Leibniz Institut fuer Astrophysik di Potsdam) e dalle 250 notti di osservazioni messe a disposizione dall’Osservatorio di Calar Alto.
«Fino a pochi anni fa l’astronomo doveva scegliere: ottenere immagini dettagliate di una galassia, nel migliore dei casi in una manciata di diversi colori (filtri), oppure ricavare maggiori informazioni fisiche tramite uno spettro, rappresentativo però dell’intera galassia, senza possibilità di distinguerne le diverse regioni» spiega Stefano Zibetti, ricercatore dell’INAF-Osservatorio Astrofisico di Arcetri, coinvolto nello studio della componente stellare delle galassie e responsabile del controllo di qualità dei dati CALIFA. «Con l’Integral Field Spectroscopy è come se di una galassia ottenessimo migliaia di immagini simultanee, ciascuna ad una diversa lunghezza d’onda: insomma, una vera rivoluzione! Rivoluzione che si deve anche ai progressi tecnologici nell’utilizzare al meglio le ottiche dei telescopi, le fibre ottiche per trasportare la luce e allo sviluppo di rivelatori CCD di grande capacità».
Attraverso la spettroscopia gli astronomi hanno imparato a datare le stelle di una galassia (un po’ come degli archeologi che studiano i reperti giunti fino ai nostri giorni), a tracciare la presenza di elementi chimici prodotti dal ciclo evolutivo delle stelle e a descrivere i moti che avvengono all’interno delle galassie per comprenderne la dinamica. CALIFA è la prima survey ad eseguire questo tipo di studi su galassie di ogni forma (da quelle di tipo ellittico, alle spirali, alle irregolari), incluse anche galassie che si stanno scontrando in sistemi cosiddetti interagenti, per ottenere un quadro completo dei meccanismi di evoluzione galattici.
«Grazie agli spettri ottenuti punto per punto in una galassia non ci limitiamo più a dare una descrizione di massima della struttura di questi sistemi o a descriverne proprietà globali» aggiunge Anna Gallazzi, assegnista del programma AstroFIt dell’INAF-Osservatorio Astrofisico di Arcetri, esperta di popolazioni stellari nell’ambito del progetto CALIFA. «Ora siamo finalmente in grado di dire quando si sono formate le stelle in diverse parti di una galassia e da quale materiale. In questo modo si sono raccolte importanti evidenze del fatto che le galassie hanno formato prima le parti centrali e solo in seguito e più lentamente quelle periferiche. Per la prima volta possiamo eseguire questi studi su galassie con diversi livelli di attività di formazione stellare e mettere in relazione, in diverse regioni della galassia, i meccanismi che stimolano la formazione stellare, le proprietà del gas e quelle delle stelle risultanti».
Per saperne di più:
- l’articolo CALIFA, the Calar Alto Legacy Integral Field Area survey. I. Survey presentation, di S.F. Sanchez et al., 2012, Astronomy&Astrophysics, 538, 8
- l’articolo CALIFA, the Calar Alto Legacy Integral Field Area survey. III. Second public data release di R. García-Benito et al., 2014, sottomesso per la pubblicazione alla rivista Astronomy&Astrophysics