Censimento cosmico in formato XXL

Il suo nome non lascia dubbi: XXL è il più grande censimento di ammassi di galassie mai realizzato dal telescopio XMM-Newton dell’Agenzia Spaziale Europea (ESA). Un ambizioso progetto che ha coinvolto circa cento scienziati da tutto il mondo, tra cui numerosi dell’INAF e che ora inizia a dare i suoi frutti. I primi risultati scientifici dell’accurata indagine vengono pubblicati oggi in 13 articoli di un numero speciale della rivista Astronomy & Astrophysics. Il team di XXL ha scoperto, tra le altre cose, ben cinque superammassi di galassie, sterminati agglomerati di migliaia di galassie che si estendono nell’universo per decine di milioni di anni luce. Il team di XXL ha pure scoperto che la densità degli ammassi nello spazio sembra più bassa di quella predetta utilizzando le misure della radiazione di fondo cosmico a microonde.   Per chiarire l’origine di questa discrepanza ed affinare i modelli cosmologici e le loro predizioni sull’evoluzione dell’universo, occorrerà ulteriore lavoro sulla determinazione precisa delle masse degli ammassi, utilizzando informazioni da tutto lo spettro elettromagnetico. La complessa struttura di vuoti, filamenti e ammassi che definiscono oggi la trama del cosmo ha origine dalle piccole perturbazioni di densità che erano presenti nell’universo primordiale, perturbazioni di cui la radiazione cosmica di fondo porta memoria. La storia di come queste perturbazioni evolvono porta con sé informazioni su quantità fondamentali quali la forma delle fluttuazioni iniziali e la densità media di materia ordinaria (o barionica) nell’universo, oltre che di quantità elusive come la materia e l’energia oscure. Gli ammassi di galassie – gli oggetti più massicci osservati nell’universo – si trovano tipicamente nei nodi di questa immensa ragnatela cosmica e possono quindi essere utilizzati come segnaposto per ricostruire la storia dell’evoluzione dell’universo. Sono oggetti ricchi di gas caldo, che riempie lo spazio tra le galassie che li formano. Questo gas raggiunge temperature di qualche decina di milioni di gradi ed emette nei raggi X. Ed è proprio utilizzando le osservazioni di questo gas caldissimo che il progetto internazionale XXL va alla ricerca degli ammassi di galassie, spingendosi indietro nel tempo fino ad un’epoca in cui l’universo aveva meno della metà della sua età attuale, con l’obiettivo di verificare i diversi modelli cosmologici. XXL è la più grande campagna osservativa mai realizzata dal telescopio spaziale XMM-Newton dal suo lancio, nel 1999. Sono state osservate due porzioni di cielo, ciascuna pari alla superficie apparente di 100 lune piene, per oltre 1.600 ore complessive, identificando 450 ammassi di galassie e ben 25.000 nuclei galattici attivi (AGN). I primi tredici articoli in uscita su questa edizione speciale di Astronomy & Astrophysics fanno il punto dei principali risultati scientifici ottenuti fino ad oggi grazie alle informazioni raccolte dalla survey XXL, presentando inoltre i cataloghi dei 1.000 AGN e dei 100 ammassi di galassie più brillanti individuati. Tali ammassi, che posseggono masse comprese tra diecimila miliardi e un milione di miliardi di masse solari, sono stati localizzati ad epoche in cui l’Universo aveva un’età compresa tra 5,5 e 13 miliardi di anni e hanno consentito di ottenere una serie di interessanti risultati scientifici. Nelle porzioni di cielo osservate da XXL sono stati scoperti ben 5 superammassi, strutture cosmiche enormi (con dimensioni dell’ordine di alcune decine di milioni di anni luce) che collegano tra di loro diversi ammassi. Inoltre la densità di ammassi osservati appare essere minore di quella aspettata in base al modello cosmologico corrente, basato sulle osservazioni del fondo di radiazione cosmica misurate nella banda delle microonde dal satellite Planck. Stefano Ettori e Fabio Gastaldello, due ricercatori INAF coinvolti nel team di XXL commentano: «Questo apparente conflitto non è nuovo e senz’altro richiederà ulteriore lavoro sulla determinazione precisa delle masse degli ammassi, utilizzando informazioni da tutto lo spettro elettromagnetico». Lucio Chiappetti, anch’egli ricercatore INAF, ricorda inoltre che «l’INAF di Milano ospita sul proprio sito il principale database del progetto, lo XXL Master Catalogue browser, su cui verranno rilasciati al pubblico, contestualmente alla pubblicazione dei lavori, i cataloghi di questa prima release». Questa enorme messe di dati raccolta dalla survey ha già attivato diversi programmi osservativi di follow-up, in particolare un ESO Large Program per misurare la distanza degli ammassi osservati e quindi dar loro una precisa collocazione nello spazio, oltre a studi dettagliati di oggetti specifici con il William Herschel Telescope ed il Large Binocular Telescope, quest’ultimo per specifici candidati particolarmente distanti ed interessanti.   Anche per gli AGN è in corso un programma di osservazioni spettroscopiche con lo strumento AAOMEGA in Australia, oltre ad osservazioni ausiliarie nel radio usando i telescopi ATCA, GMRT e VLA. La survey XXL è un Very Large Program della missione XMM-Newton, che ha osservato ripetutamente due regioni di cielo di 25 gradi quadrati, fino a raggiungere una profondità di ~5×10-15 erg cm-2 s-1 nella banda compresa tra 0.5 e 2 keV per sorgenti puntiformi. XXL è guidata da Marguerite Pierre (del CEA Saclay, in Francia) e coinvolge circa 100 scienziati di tutto il mondo, tra cui circa una ventina provenienti da vari istituti INAF (presso le sedi di Milano, Bologna, Padova e Roma) oltre che dalle Università di Bologna e Padova, co-autori dei lavori pubblicati nel numero speciale di Astronomy&Astrophysics dedicato alla survey XXL. Inoltre la struttura INAF-IASF di Milano ospita il database di tutte le sorgenti X del progetto, insieme alle loro controparti nelle diverse lunghezze d’onda, all’indirizzo: http://cosmosdb.iasf-milano.inaf.it/XXL/.   Il progetto XXL ha ricevuto un finanziamento nell’ambito della cooperazione scientifica Italia-Francia – PICS (INAF-CNRS). Tra le diverse tesi di dottorato che utilizzano i dati XXL, una è gestita in co-tutela tra l’Università di Padova e LAM-Marseille, e ne usufruisce Valentina Guglielmo, una studentessa italiana.
di Marco Galliani (INAF)

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