È stato il gruppo di galassie chiamato “Quintetto di Stephan”, osservato dal James Webb Space Telescope della NASA, il primo obiettivo dello strumento WHT Enhanced Area Velocity Explorer (WEAVE), un nuovo e potente spettrografo a multifibre montato al Telescopio William Herschel (WHT) dell’Osservatorio del Roque de los Muchachos a La Palma, nelle Isole Canarie. WEAVE è ora in fase di verifica e presto produrrà i suoi primi dati scientifici. Le osservazioni di quella che in gergo viene chiamata “prima luce” sono state effettuate utilizzando uno dei tre modi di osservazione a disposizione per questo strumento: l’unità a campo integrale LIFU (large integral-field unit fibre bundle). Al progetto collabora anche l’Italia: il gruppo WEAVE Italia coinvolge più di 80 ricercatori e ricercatrici dell’Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF), che hanno anche collaborato alla costruzione dello strumento.

Il telescopio William Herschel e lo strumento WEAVE. Il posizionatore di WEAVE è alloggiato nella scatola nera di 1,8 metri sopra l’anello superiore del telescopio. Le fibre ottiche corrono lungo la struttura del telescopio fino all’involucro a sinistra, che ospita lo spettrografo WEAVE. Crediti: Sebastian Kramer.

Gestito dall’Isaac Newton Group of Telescopes (ING) e dalla Collaborazione WEAVE, composta da oltre 500 ricercatori in tutto il mondo, lo spettrografo sarà in grado di osservare gli spettri di diversi milioni di oggetti celesti, stelle e galassie. “WEAVE è il primo degli spettrografi multifibre ad alta risoluzione a grande campo, e l’unico collocato nell’emisfero Nord. Come tale fornisce una visione privilegiata del disco Galattico, principalmente nelle regioni  esterne”, racconta Antonella Vallenari, ricercatrice presso l’INAF di Padova e rappresentante nel comitato esecutivo del team WEAVE Italia. E aggiunge: “WEAVE è fondamentale per capire come si sono formate la nostra Galassia e le galassie esterne e per rispondere a domande rilevanti sulla materia oscura e l’energia oscura”.

Daniela Bettoni, associata dell’INAF di Padova e membro del team italiano WEAVE, spiega i risultati: “Le osservazioni con LIFU si sono concentrate sulla coppia di galassie in collisione, NGC 7318a e NGC 7318b, a una distanza di 280 milioni di anni luce dalla Terra nella costellazione di Pegaso. In questa modalità di osservazione, ben 547 fibre hanno registrato il colore della loro luce dall’ultravioletto al vicino infrarosso. Le fibre sono raggruppate in una area esagonale che copre una porzione di cielo delle dimensioni tipiche delle galassie più vicine a noi. Con questi spettri si possono studiare sia il moto delle stelle che quello del gas, la composizione chimica delle stelle come pure le temperature e densità delle nubi di gas di queste due galassie. Queste osservazioni offrono preziosi indizi su come queste interazioni estreme (vere e proprie collisioni) modificano e trasformano le galassie coinvolte”.

 

Analizzando i dati raccolti con WEAVE, gli esperti hanno notato la presenza di gas ionizzato a est e a sud di entrambe le galassie, ben oltre il disco di ognuna di esse. Nubi di idrogeno, il carburante per la formazione di nuove stelle, sono spinte fuori dalla loro orbita dall’arrivo ad alta velocità – stimata in 800 chilometri al secondo – della galassia NGC 7318b, che si sta muovendo verso la Terra attraversando il centro del “Quintetto di Stephan”. Confrontando le intensità delle linee dell’idrogeno e dell’azoto gli astronomi possono capire quale meccanismo ha ionizzato il gas: l’onda di shock legata alla collisione di nubi di gas oppure la formazione di nuove stelle. La qualità dei dati è eccezionale: WEAVE è riuscito a misurare differenze di velocità dell’ordine di 12,8 chilometri al secondo.

L’immagine del James Webb Space Telescope (JWST) con i dati dell’unità a campo integrale LIFU di WEAVE che punta al Quintetto di Stephan per l’osservazione della cosiddetta “prima luce”. Ogni cerchio nell’immagine indica una fibra ottica di 2,6 secondi d’arco di diametro. L’osservazione fornisce informazioni fisiche da ciascuna regione di ciascuna galassia e dal loro ambiente circostante, coprendo una zona di cielo pari a 120 mila anni luce dall’alto verso il basso. Crediti: NASA, ESA, CSA, STScI (immagine di sfondo); Aladin (sovrapposizione di fibre).

 

I dati in blu, verde e rosso, secondo le velocità derivate dagli spettri WEAVE, sono sovrapposti a un’immagine composita del “Quintetto di Stephan”, che presenta la luce stellare della galassie (CFHT telescope) e l’emissione di raggi X di gas caldo (banda verticale blu, Chandra X-ray observatory). Le velocità indicano che la galassia NGC 7318b (in blu, nella regione centro-sinistra) è entrata nel gruppo a 800 km/s attraverso il centro del gruppo di galassie. Questa collisione ad alta velocità crea scompiglio in NGC 7318b: nubi di idrogeno gassoso, il combustibile della formazione stellare, vengono strappate via dalla galassia. Si tratta di un fenomeno che probabilmente rallenterà notevolmente la formazione di nuove stelle nella galassia. Crediti: Raggi X (blu) – NASA/CXC/CfA/E. O’Sullivan, Dati ottici (marrone) – Canada-France-Hawaii-Telescope/Coelum, WEAVE’s LIFU: Marc Balcells.

Vallenari sottolinea come sia “importante anche il contributo del Telescopio nazionale Galileo (TNG) dell’INAF, dove risiederà l’archivio pubblico che distribuisce I dati a tutta la comunità scientifica Internazionale”.

Il progetto prevede il completamento di otto progetti di ricerca (o survey in inglese), tre che studiano la nostra Galassia e cinque le galassie esterne, che vanno dallo studio dell’evoluzione stellare, alla comprensione della Via Lattea, fino allo studio della evoluzione delle galassie esterne e della cosmologia. Due survey sono a guida italiana e coinvolgono la struttura del disco della Via Lattea tramite i suoi ammassi stellari (coordinata da Antonella Vallenari) e uno studio dettagliato delle proprietà delle galassie a redshift intermedio (coordinata da Angela Iovino, sempre dell’INAF).

WEAVE è uno strumento molto versatile: oltre alla modalità di osservazione a campo integrale (LIFU), può utilizzare altre due modalità, ovvero il MOS, in grado di osservare contemporaneamente circa 960 stelle o galassie con un delicato sistema di fibre, e il miniIFU che permette di osservare a campo integrale fino a 20 oggetti contemporaneamente. Entrambi sono già montati al telescopio e a breve produrranno i primi dati scientifici.

Lo spettrografo WEAVE in laboratorio. Crediti: NOVA.

Vallenari conclude dicendo che grazie “alle sue caratteristiche (grande campo, numero di fibre, risoluzione spettrale, posizione nell’emisfero Nord), lo spettrografo WEAVE non avrà rivali per i prossimi 10 anni. Si tratta di una macchina formidabile in grado di osservare 30 milioni di spettri per 10 milioni di oggetti in 5 anni di survey. Ci aspettiamo che i progetti di ricerca comincino nei primi mesi del prossimo anno. Ci attendiamo grandi scoperte scientifiche da questi nuovi dati”.

Scott Trager, Project scientist di WEAVE, conclude: “Queste osservazioni mostrano la potenza di WEAVE nell’esaminare i fenomeni complessi coinvolti nell’evoluzione delle galassie durante la storia dell’Universo. Sicuramente WEAVE offrirà al team scientifico e all’ampia comunità scientifica di ING l’opportunità di fare nuove grandi scoperte”.

Per saperne di più il video  https://www.ing.iac.es/PR/press/StephansQuintetWEAVE.mp4 Il video mostra la coppia di galassie osservate da WEAVE in luce visibile. L’animazione rivela il moto caotico dell’idrogeno ionizzato a due delle galassie nel Quintetto di Stephan. Crediti: S. Trager. Immagine di sfondo: NASA, ESA, CSA, STSc

Per maggiori informazioni:

Il progetto è una collaborazione tra diversi partner: Science and Technology Facilities Council (STFC, UK), Netherlands Research School for Astronomy (NOVA, NL), la Dutch Science Foundation (NWO, NL), the Isaac Newton Group of Telescope (ING, UK/NL/ES), Astrophysical Institute of the Canaries (IAC, ES), the Ministry of Economy and Competitiveness (MINECO, ES), Ministry of Science and Innovation (MCI), the European Regional Development Fund (ERDF), National Institute for Astrophysics (INAF,IT), French National Centre for Scientific Research (CNRS, FR), Paris Observatory – University of Paris Science and Letters (FR), Besançon Observatory (FR), Region île de France (F), Region Franche-Comté (FR), Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica (INAOE, MX), National Council for Science and Technology (CONACYT, MX), Lund Observatory (SE), Uppsala University (SE), the Leibniz Institute AIP (DE), Max-Planck Institute for Astronomy (MPIA, DE), University of Pennsylvania (US), and Konkoly Observatory (HU).

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