Le survey radio Le survey radio hanno un ruolo fondamentale in astronomia: esse consentono di esplorare l'universo a distanze più grandi di quelle accessibili.

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1 Le survey radio Le survey radio hanno un ruolo fondamentale in astronomia: esse consentono di esplorare l'universo a distanze più grandi di quelle accessibili in altre bande. Grazie all'interferometria si ottengono immagini ad altissima risoluzione. Le survey radio permettono quindi di studiare la geometria e la struttura su grande scala del cosmo. Survey su tutto il cielo a 408 MHz dell'idrogeno neutro ottenuta combinando le osservazioni dei radiotelescopi di Jodrell Bank, Effelsberg e Parkes (rispettivamente in Inghilterra, Germania e Australia). Mappa della radiazione cosmica di fondo ottenuta dal satellite Panck operante a frequenze tra 30 e 857 GHz. La mappa che osserva l'universo ai suoi albori è importante per testare le teorie della sua formazione. Credit: Jodrell Bank Observatory Credit: ESA/ LFI & HFI Consortia

2 Il catalogo 3C 3C e' il nome del primo catalogo di radiosorgenti completo dell'emisfero Nord. È stato compilato nel 1959 alla frequenza di 159 MHz da radioastronomi britannici, utilizzando l'interferometro di Cambridge (sullo sfondo) e conteneva 471 oggetti. Questo lavoro ha valso il premio Nobel per la fisica a Martin Ryle e Antony Hewish nel 1974. Francobollo emesso dalla Royal Mail per i 50 anni della survey radio condotta da Martin Ryle Si tratta del primo Premio Nobel alla ricerca astronomica!

3 A Bologna negli anni '70 Alcuni astronomi dell'allora Laboratorio di Radioastronomia di Bologna (l'odierno IRA) scandagliarono il cielo con la Croce del Nord alla frequenza di 408 MHz e produssero il catalogo B2 (“B” sta per Bologna) contenente oltre 10.000 radiosorgenti. Prima pubblicazione sul catalogo B2 sulla rivista scientifica Astronomy & Astrophysics Il catalogo è stato ampliato negli anni '80 fino a oltre 13.000 oggetti ed è usato in tutto il mondo con la sigla B3.

4 Oggigiorno... Attualmente sono state catalogate milioni di radiosorgenti. I cataloghi moderni sono consultabili online e spesso forniscono le immagini delle sorgenti. Fornendo le coordinate di una sorgente nota si puo controllare se essa è presente nei cataloghi ottenuti con altri telescopi ad altre frequenze. La galassia Centaurus A a varie frequenze ottic o Raggi X radio Images credit: NED archive

5 Esempi di surveys a 1.4 GHz con il Very Large Array Image courtesy of NRAO/AUI and Photographer-Kelly Gatlin; Digital composite-Patricia Smiley NVSS Con una risoluzione di 45 secondi d'arco, è ottima per osservare oggetti estesi. Contiene quasi 2 milioni di radiosorgenti. FIRST È la controparte ad alta risoluzione della NVSS. Con una risoluzione di 5 secondi d'arco è adatta a rilevare oggetti più compatti. Contiene oltre 800.000 radiosorgenti. Very Large Array (USA) Queste surveys coprono circa l' 82% del cielo. Il 28% restante riguarda l'emisfero australe non osservabile dal Very Large Array.

6 Con una singola antenna.. (1) GB6 Survey col Green Bank a 5 GHz dell'emisfero settentrionale con risoluzione di 3 minuti d'arco (75.000 sorgenti) Le surveys vengono condotte non solo con interferometri ma anche con antenne singole Il nuovo radiotelescopio Green Bank (USA) PMN Effettuata con il Parkes a 5 GHz nell'emisfero australe con risoluzione di 4 minuti d'arco (36.640 sorgenti) PMN e GB6 insieme coprono quasi l'intero cielo Parkes (Australia) Courtesy VLA, NRAOVLA, NRAO Credit: John Sarkissian, CSIRO

7 Con una singola antenna.. (2) Effelsberg Le mappature dell'idrogeno neutro (HI), che costituisce la materia prima delle stelle, sono altri importanti prodotti delle surveys. L'HI emette alla frequenza radio di 1.4 GHz. ALFALFA: Condotta con il radiotelescopio di Arecibo, ha rilevato piu di 30.000 sorgenti ricche di HI, con risoluzione di circa 3 minuti d'arco. Arecibo (USA) Photo courtesy of the NAIC - Arecibo Observatory, a facility of the NSF Effelsberg (Germania ) EBHIS: Condotta con il radiotelescopio di Effelsberg con risoluzione di 9 minuti d'arco ha osservato tutto il cielo settentrionale.

8 Survey recente a Medicina L'Istituto di Radioastronomia ha effettuato nel 2010-2011 una survey pilota a 22 GHz con una risoluzione media di 1.4 minuti d'arco con l'antenna di Medicina per testare il nuovo ricevitore e il software di acquisizione dati destinati al Sardinia RadioTelescope. Si tratta della prima volta che il cielo settentrionale viene osservato a questa frequenza in modo estensivo. Foto di Simona Righini (IRA- INAF) Il radiotelescopio di Medicina (BO) da 32 metri di diametro, utilizzato sia per osservazioni interferometriche che come antenna singola

9 Attività di ricerca con i cataloghi Con i cataloghi ottenuti possiamo fare molti studi statistici. Il più semplice è quello dei conteggi: si tratta di contare le sorgenti, per unità di area, in funzione della loro luminosità apparente (o flusso). Per questo test non serve quindi conoscere la distanza degli oggetti. I conteggi delle radiosorgenti hanno mostrato come quelle di basso flusso siano le più numerose, come si vede in questo esempio di conteggi a 408 MHz ottenuti con la Croce del Nord a Medicina. Più deboli ma 100 volte più numerose di queste Flusso a 408 MHz Numero sorgenti per unità di area

10 Un universo in evoluzione I conteggi sono un valido test per i modelli cosmologici. I loro andamento viene comparato con quella atteso nel caso di un Universo euclideo non in espansione o con altri modelli. Questa comparazione ci ha permesso di capire che nel passato le radiosorgenti erano più luminose e/o più numerose rispetto a oggi. Viviamo in un universo in evoluzione. Credit: Osservatorio Astronomico di Padova astronomiamo.i t

11 Survey ottiche e radio (1) Misurata la distanza di una sorgente se ne ricava la luminosità intrinseca. Si vede che nell'ottico le galassie più lontane appaiono deboli ma intrinsicamente sono simili a quelle vicine. In radio le sorgenti più lontane sono anche le più luminose. Composizione di immagini nel vicino infrarosso, ottico e ultravioletto. Credit: NASA, ESA, H. Teplitz and M. Rafelski (IPAC/Caltech), A. Koekemoer (STScI), R. Windhorst (Arizona State University), and Z. Levay (STScI)NASAESASTScI Hubble Ultra Deep Field 2014

12 Survey ottiche e radio (2) Spirali Ellittich e Quasars Potenza Numer o oggetti Le osservazioni radio che si spingono nell'universo molto lontano rilevano una particolare popolazione di AGN: i Quasars. Si tratta delle radiosorgenti più luminose. Esse sono rare nell'universo vicino, rispetto alle galassie spirali ed ellittiche, ma diventano più numerose in quello distante e pertanto sono delle vere e proprie sonde cosmologiche.

13 Galassie radioemittenti Le survey radio sono uno strumento potente per poter studiare sia la formazione stellare che i nuclei galattici attivi (AGN) dovuti a buchi neri supermassicci, anche fino a grandi distanze. Si è così scoperto che mentre a flussi radio brillanti la popolazione è composta da AGN potenti, a flussi radio più bassi diventano dominanti le galassie con forte formazione stellare, tipicamente spirali. NRAO Image gallery Image courtesy of NRAO/AUI (ottico e radio) (Radio: rosso e blu; Ottico: giallo e verde). (Radio:arancione; Ottico: bianco) Radio: arancione; pannello in alto immagine ottica Spirale M51 AGN Fornax A Quasar 3C175

14 AGN radio quieti Le survey permettono anche di individuare sorgenti rare e portano spesso alla scoperta di nuovi classi di oggetti. È il caso dei cosiddetti AGN radio quieti, classificati come AGN in altre bande dello spettro elettromagnetico e fino a pochi anni fa ritenuti privi di emissione radio (da qui il nome). Osservazioni radio sensibili hanno invece rilevato del debole flusso proveniente anche da questi oggetti la cui origine è tuttora scarsamente nota. Spettro elettromagnetico medio di un AGN radioemittente (linea tratteggiata) e radio quieto (linea continua). L'emissione radio di un AGN radio quieto diminuisce rapidamente come indicato nell'ellisse verde. Copyright © Addison Wesley luminosit à AGN radioemittenti ultravioletto AGN radio quieti infraross o visibile Raggi X Raggi gamma Frequenza in Hertz in scala logaritmica radi o

15 AGN radio quieti Le survey permettono anche di individuare sorgenti rare e portano spesso alla scoperta di nuovi classi di oggetti. È il caso dei cosiddetti AGN radio quieti, classificati come AGN in altre bande dello spettro elettromagnetico e fino a pochi anni fa ritenuti privi di emissione radio (da qui il nome). Osservazioni radio sensibili hanno invece rilevato del debole flusso proveniente da questi oggetti la cui origine è tuttora scarsamente nota. Spettro elettromagnetico medio di un AGN radioemittente (linea tratteggiata) e radio quieto (linea continua). L'emissione radio di un AGN radio quieto diminuisce rapidamente come indicato nell'ellisse verde. Comprendere la natura degli AGN radio quieti, tra l'altro molto numerosi, è una delle frontiere della moderna (radio-) astronomia!!! Copyright © Addison Wesley luminosit à AGN radioemittenti ultravioletto AGN radio quieti infraross o visibile Raggi X Raggi gamma Frequenza in Hertz in scala logaritmica radi o Osservazioni radio sensibili hanno invece rilevato del debole flusso proveniente da questi oggetti la cui origine è tuttora scarsamente nota.