Herschel

Stato della missione in progettazione

Background

Il telescopio spaziale Herschel dell’ESA fu lanciato il 14 maggio 2009 dalla base francese di Korou. Portava a bordo tre strumenti: PACS, per compiere osservazioni fotometriche e spettroscopiche tra circa 50 e 200 micron; SPIRE, analogo a PACS ma tra circa 200 e 500 micron; e HIFI, che osservava in modalità spettroscopica coprendo all’incirca tutto l’intervallo visibile con Herschel.

Questa regione dello spettro elettromagnetico non è osservabile da terra per via del vapore acqueo atmosferico che assorbe la radiazione proveniente dallo spazio esterno. È però una regione molto importante dal punto di vista astronomico, perché a queste lunghezze d’onda la polvere interstellare fredda, pochi gradi sopra lo zero assoluto (-273 °C), emette il grosso della sua radiazione. La polvere interstellare, formata da grani contenenti principalmente carbonio e silicio con dimensioni inferiori al millimetro, gioca un ruolo molto importante, ad esempio, nella formazione stellare. Essa contribuisce a tenere bassa la temperatura delle condensazioni di gas che si formano all’interno delle nubi molecolari, strutture filamentose di gas e polvere all’interno delle quali nascono le stelle.

La nascita di una stella richiede tempi molto lunghi, dell’ordine di 100.000 anni per le stelle più massicce del nostro sole, fino a milioni di anni per stelle di massa più piccola. Per ricostruire quindi come avviene questo processo l’unica possibilità che abbiamo è quella di osservare un gran numero di stelle in formazione, ognuno in un diverso stato evolutivo. Mettendo poi insieme osservazioni che colgono le stelle nelle diverse fasi della formazione possiamo ricostruire il processo completo.

È questo ciò che abbiamo fatto con gli strumenti a bordo del satellite Herschel. 

In dettaglio

Il nostro è l’unico istituto ad aver partecipato alla costruzione di tutti e tre gli strumenti della missione. I due maggiori programmi in cui l’IAPS è coinvolto sono:

    1. l’osservazione delle regioni di formazione stellare più vicine a noi, distanti meno di 500 parsec. Questo programma ha per nome HGBS, acronimo di Herschel Gould Belt Survey, cioè panoramica della fascia di Gould. Questo nome deriva dal fatto che le principali nubi molecolari vicino a noi si dispongono a formare una fascia nel cielo, scoperta dall’astronomo statunitense Gould nella seconda metà del XIX secolo, ma già notata qualche decennio prima da Herschel, l’astronomo inglese da cui il telescopio prese il nome. L’origine di questa fascia è ancora oggetto di studio. Queste regioni, che si trovano nelle costellazioni del Lupo, Toro, Ofiuco, Perseo, Serpente e Orione, formano quasi esclusivamente stelle di piccola massa, cioè stelle che quando saranno formate avranno una massa inferiore a 8-10 masse solari. L’unica eccezione è Orione dove invece si formano anche stelle di grande massa, superiore a 10 masse solari;

    2. l’osservazione delle più importanti regioni di formazione stellare di alta massa, entro 3.000 parsec da noi. Il nome di questo programma è HOBYS, acronimo di Herschel imaging survey of OB Young Stellar objects, panoramica di immagini di oggetti stellari giovani OB. Le stelle di tipo O e B sono le più massicce.

Entrambi questi programmi hanno fatto uso di osservazioni in tutte e 6 le bande fotometriche (70, 100 e 160 micron per PACS, 250, 350 e 500 micron per SPIRE). All’interno delle varie regioni sono state identificate le sorgenti compatte, le condensazioni di cui sopra, stabilendo quali sono solo strutture transienti, e quali invece stanno presumibilmente collassando sotto l’azione della propria gravità e formeranno delle stelle in futuro.

I programmi HGBS e HOBYS hanno già raggiunto risultati importanti quali:

    1. l’importanza delle strutture filamentose che caratterizzano le nubi molecolari. Le stelle si formano principalmente all’interno dei filamenti;

    2. il numero di stelle che si formano per unità di masse appare simile a quello delle stelle già formate nei dintorni del sole; di conseguenza, la massa di una stella è in qualche modo fissata dalle condizioni iniziali al momento della sua nascita;

    3. l’osservazione di stelle in una particolare fase della loro formazione, mai osservata in precedenza, quando la condensazione di gas e polvere in fase di collasso raggiunge per la prima volta l’equilibrio idrostatico. Tale fase fu teorizzata alla fine degli anni ‘60 ma solo in questi ultimi anni si è ragionevolmente certi di aver colto qualche oggetto in questa fase estremamente rapida, poche centinaia o migliaia di anni. E questo grazie ad Herschel.

L’analisi dei dati raccolti da Herschel nell’ambito dei programmi HGBS e HOBYS è ancora in corso e il nostro gruppo ha la responsabilità di alcune delle regioni di formazione, tra esse spicca Orione, la regione più importante del programma HGBS.


Un altro programma molto importante è chiamato Hi-Gal,  Herschel Infrared Galactic Plane Survey, cioè l’osservazione del piano della nostra galassia. Questo programma è stato a guida italiana (S. Molinari dell’IAPS). Hi-Gal ha come obiettivo lo studio dei processi fisici su scala galattica che innescano e regolano la formazione stellare, determinando il tasso di formazione stellare alle diverse distanze dal centro galattico. Le osservazioni con Herschel sono di fondamentale importanza perché condotte in 5 bande fotometriche da 70 a 500 micron, con una risoluzione spaziale, sensibilità e intervallo dinamico senza precedenti.

La riduzione dei dati è stata condotta presso l’IAPS in collaborazione con l’università di Roma Tor Vergata, prima, con La Sapienza dopo. Il prodotto finale è UniMap, un codice che a partire dai dati grezzi del satellite ricostruisce le mappe delle regioni osservate eliminando gli effetti spuri dovuti all’elettronica di bordo e all’ambiente spaziale nel quale si trovava Herschel. UniMap è ora uno dei codici usati dall’ESA per produrre mappe di ottima qualità.


In IAPS sono stati anche sviluppati due codici per trovare e caratterizzare nelle mappe Herschel le sorgenti compatte e le strutture filamentose. In questo modo il team di Hi-Gal ha prodotto due importanti cataloghi ad un livello di completezza mai raggiunto in precedenza. Il primo è il catalogo delle sorgenti compatte che rappresentano, per le regioni più vicine, le condensazioni di cui abbiamo parlato in precedenza; e i gruppi di condensazioni, i protoammassi di stelle, per le regioni più lontane. Il secondo catalogo è quello dei filamenti lungo l’intero piano galattico, e rappresenta il più completo censimento a tutt’oggi ottenuto di queste strutture che addensano il gas e la polvere facilitando la formazione stellare.

Il livello di eccellenza raggiunto nel campo della formazione stellare nella nostra galassia è conservato dal nostro gruppo di ricerca all’IAPS attraverso sinergie con le nuove campagne osservative del piano galattico da 1 micron al radio, sia nel continuo che nelle righe atomiche e molecolari. La combinazione di panoramiche nel vicino infrarosso da terra, quelle compiute dallo spazio da Herschel, Spitzer e WISE nel medio e lontano infrarosso, con le osservazioni da terra permetteranno di preparare il primo censimento completo dei potenziali siti di formazione stellare, così come di quelli dove la formazione è già in corso, nella Via Lattea. 

Il Team

Questi progetti hanno visto il coinvolgimento di parecchie decine di ricercatori e ricercatrici in diversi paesi (Italia, Francia, Belgio, Regno Unito, Canada).
Oggi la partecipazione italiana comprende l’IAPS di Roma, l’IRA di Bologna, gli osservatori di Torino e Trieste.

Stefano Pezzuto - IAPS (responsabile per l’Italia per HGBS e HOBYS)

Milena Benedettini - IAPS (co-responsabile)

Sergio Molinari - IAPS (PI Hi-Gal)

Anna Maria di Giorgio - IAPS

Davide Elia - IAPS

Scige Liù

Eugenio Schisano – IAPS

Kazi Rygl – IRA

Danae Polychroni – Oss. Trieste

Diego Turrini – Oss. Torino

Alessio Traficante IAPS