
Evoluzione delle galassie e dei Nuclei Galattici Attivi
Le galassie sono sistemi complessi costituiti da stelle, gas e polveri, con massicci buchi neri al loro centro e una componente "oscura" di materia non visibile. L'obiettivo di questa linea di ricerca è comprendere come le diverse componenti galattiche si influenzino reciprocamente, determinando l'evoluzione delle galassie stesse lungo l'intera storia cosmica dell'Universo. A tal fine, utilizziamo osservazioni a diverse lunghezze d'onda, ottenute con i più potenti telescopi sia terrestri che spaziali, tra cui ALMA, EUCLID, JWST e VLT.
Staff
Professoresse e Professori di I fascia:Enrico Maria Corsini
Professoresse e Professori di II fascia: Paolo Cassata, Mauro D’Onofrio, Alessandro Pizzella, Giulia Rodighiero,
Ricercatrici e Ricercatori: Stefano Ciroi
Personale tecnico: Elena Dalla Bontà
Assegniste/i e Borsiste/i
Giovanni Gandolfi, Edoardo Borsato, Zahra Hosseini
Dottorande/i
Nicola Bellucco, Alessandro Bianchetti, Luca Crepaldi, Poulomi Dam, Toby Devereaux, Giorgia Girardi, Alina Ikhsanova, Amelia Vietri
Collaboratrici e collaboratori esterni
Anita Zanella (INAF), Andrea Grazian (INAF), Benedetta Vulcani (INAF), Paola Marziani (INAF), Alvio Renzini (INAF)
Attività di ricerca
Il nostro gruppo affronta lo studio dell’ evoluzione delle galassie e degli AGN lungo diverse linee di ricerca complementari:
Struttura e dinamica di galassie vicine
Componenti controrotanti nelle galassie
Oltre il 15 per cento delle stelle nelle galassie vicine si muove in verso opposto al resto della galassia in cui si trovano. Abbiamo sviluppato una tecnica innovativa, che permette di separare spettroscopicamente la cinematica e le proprietà delle popolazioni stellari controrotanti così da discriminare i diversi scenari di formazione finora proposti.
Contatti: Enrico Maria Corsini, Alessandro Pizzella
Popolazioni stellari nelle galassie a disco vicine
Lo studio sistematico delle popolazione stellari nelle galassie lenticolari e a spirale dell'Universo locale permette di caratterizzarne l'epoca e i meccanismi di formazione. Stiamo sviluppando la definizione di nuovi indici spettrali infrarossi per misurare l'età e il contenuto di metalli delle stelle in galassie ricche di polvere.
Contatti: Enrico Maria Corsini, Alessandro Pizzella
Massa dei buchi neri supermassicci nelle galassie
Partecipiamo attivamente allo Space Telescope and Optical Reverberation Mapping Project, che utilizza telescopi da terra e dallo spazio per determinare la massa del buco nero centrale nei nuclei galattici attivi. Abbiamo inoltre sviluppato un'originale tecnica di analisi dinamica, con cui possiamo stimare la massa del buco nero centrale nelle galassie non attive da misure di cinematica non spazialmente risolta del gas ionizzato.
Contatti: Elena Dalla Bontà, Enrico Maria Corsini, Alessandro Pizzella
Distribuzione di materia luminosa e oscura nelle galassie
Studiamo la struttura orbitale, il contenuto di materia luminosa, la concentrazione della materia oscura e le relazioni di scala tra le proprietà fotometriche, cinematiche e dinamiche delle galassie, per conosce i meccanismi e i tempi di formazione del corpo stellare e dell'alone di materia oscura.
Contatti: Enrico Maria Corsini, Alessandro Pizzella
Evoluzione delle galassie
Baryon cycle
L’evoluzione delle galassie attraverso diverse epoche cosmiche è determinata dal ciclo dei barioni: il gas che fluisce nelle galassie dalla rete cosmica si raffredda e si condensa; dal gas molecolare si formano nuove stelle e si alimenta il buco nero centrale. I processi di feedback dal buco nero centrale e dai venti stellari regolano il flusso di ulteriore gas freddo dalla rete cosmica, influenzando così il processo di formazione stellare. Per studiare questo ciclo ad alto redshift, siamo coinvolti in vari progetti che combinano dati JWST nel vicino infrarosso, che permettono di studiare la componente stellare delle galassie fino ad alto redshift, con dati ALMA nel sub-mm, che consentono di quantificare la presenza di gas molecolare e polvere, spingendoci a studiare le prime galassie formate dopo il Big Bang.
Contatti: Paolo Cassata, Giulia Rodighiero
Origine ed evoluzione delle prime galassie
Le recenti scoperte del James Webb Space Telescope hanno aperto una nuova finestra sull'Universo primordiale, rivelando un'inaspettata quantità di popolazioni galattiche prima sconosciute, che stanno rivoluzionando i modelli cosmologici per la formazione delle prime sorgenti cosmiche. Il nostro gruppo è coinvolto in diversi programmi osservativi del JWST per comprendere la natura e l'evoluzione di tali sorgenti, con particolare riguardo alle fasi più oscure della formazione stellare e alla concomitante attività di accrescimento nei buchi neri supermassicci al centro delle galassie. Combinando dati fotometrici e spettroscopici, ci interessiamo a ricostruire il contributo delle diverse popolazioni alla storia della formazione stellare dell'Universo nelle sue prime fasi.
Contatti: Giulia Rodighiero, Paolo Cassata
Proprietà statistiche delle popolazioni di galassie
In parallelo, continuiamo a lavorare su studi sistematici (funzioni di luminosità, funzioni di massa, conteggi a diverse lunghezze d'onda dall'ottico al submillimetrico) dall'alba cosmica fino al "mezzogiorno" del nostro Universo, combinando dati da osservatori a terra (VLT, VISTA, ALMA, ecc.) e nello spazio (EUCLID), confrontandoli con modelli e simulazioni per interpretarne il ruolo e l'evoluzione. In particolare, siamo coinvolti nello sviluppo e nella definizione della missione ESA EUCLID fin dalla sua concezione. Siamo impegnati nello sfruttamento dei dati della missione per costruire campioni completi e profondi di galassie a tutte le epoche cosmiche, di cui potremo determinare le proprietà morfologiche (tramite immagini ad alta definizione della camera ottica) e fisiche (tramite lo spettrografo nel vicino infrarosso). Per comprendere meglio l'Universo lontano, manteniamo una linea di ricerca sullo studio delle proprietà delle galassie locali, risolte spazialmente, considerate come laboratori per verificare le relazioni di scala globali delle galassie (massa, dimensioni, SFR) ad alto redshift.
Contatti: Paolo Cassata, Giulia Rodighiero
Idrogeno atomico nell'era dei precursori dello Square Kilometer Array (SKA)
La radioastronomia sta vivendo una grande rivoluzione tecnologica in preparazione dell'arrivo, tra pochi anni, dello SKA, un sistema interferometrico su scala planetaria. Diversi precursori di SKA sono attualmente operativi e stanno già producendo dati scientifici che anticipano le future applicazioni. Il nostro gruppo è coinvolto in varie collaborazioni che sfruttano survey effettuate con il telescopio MeerKat (Sudafrica), il VLA, l'uGMRT (India). Siamo particolarmente interessati a studiare le proprietà statistiche dell'idrogeno atomico (HI) nelle galassie situate a distanze cosmologiche irraggiungibili fino a poco tempo fa, per rivelare l'evoluzione con il redshift delle relazioni di scala fra massa stellare, formazione stellare, gas molecolare e atomico, con particolare riferimento alla dipendenza dall'ambiente in cui le galassie vivono, ovvero la struttura su grande scala.
Contatti: Giulia Rodighiero, Paolo Cassata
Scaling relations
Noi lavoriamo sul problema della formazione ed evoluzione delle galassie e degli ammassi di galassie usando i dati provenienti da diverse survey osservative e numerosi modelli teorici. Il nostro obiettivo è ricostruire la storia della formazione stellare nelle galassie e capire il ruolo dei buchi neri attivi al loro centro. Il problema principale è quello di comprendere il “fine-tuning” che lega la formazione stellare alla struttura e alla dinamica delle galassie. Noi studiamo inoltre i fenomeni di feedback dovuti alle supernovae e ai nuclei galattici attivi oltre che all’ambiente in cui le galassie risiedono. Studiamo anche le principali relazioni di scala di galassie ed ammassi cercando di comprendere la loro origine fisica. Infine usiamo i quasars ad alto tasso di accrescimento come indicatori di distanza per stabilire i principali parametri dei modelli cosmologici (e.g. Ωm e ΩΛ).
Contatti: Mauro D’Onofrio
Evoluzione degli AGN
Studio multifrequenza di nuclei galattici attivi
I nuclei galattici attivi (AGN) sono fra le poche sorgenti cosmiche in grado di emettere fotoni a tutte le frequenze, dalle onde radio fino ai raggi gamma, e sono gli oggetti non-transienti più luminosi dell'Universo, tanto brillanti da essere visibili fino a distanze molto grandi. L'origine di questa immensa luminosità è principalmente un disco di materia che accresce su un buco nero supermassiccio. Convertendo in luminosità l'energia gravitazionale della materia che cade verso il buco nero, viene emessa una grande quantità di radiazione che può essere osservata. Sebbene questi oggetti possano apparire molto diversi fra loro, ed essere classificati in diverse categorie (galassie di Seyfert, quasar, radiogalassie, blazar), grazie ai modelli di unificazione oggi sappiamo che queste sorgenti sono riconducibili tutte allo stesso tipo di oggetto e alla presenza o meno di un getto di plasma accelerato a velocità relativistiche dal campo magnetico in prossimità del buco nero. Nonostante negli anni molto sia stato appreso su questi oggetti e sui fenomeni fisici estremi che li caratterizzano, molti aspetti restano ancora poco compresi. L'origine e la dinamica del gas ionizzato che si osserva a grandi distanze dal buco nero in molti AGN, ad esempio, sono ancora incerte. Allo stesso modo, come gli AGN evolvano nel tempo, come i getti di materia si originino in prossimità del buco nero, quali fenomeni fisici siano in atto a queste alte energie, e come l'AGN interagisca con la galassia che lo ospita, sono tutti punti ancora da chiarire. Il nostro gruppo di ricerca si occupa di tutti questi aspetti, principalmente per mezzo della spettroscopia ottica, ma anche osservando i nuclei galattici attivi ad altre frequenze come radio, raggi X e raggi gamma. Oltre all'acquisizione di nuovi dati con numerosi telescopi, tra cui quelli degli osservatori di Asiago, ci occupiamo dell'analisi dei grandi archivi di dati presenti sul web, come quelli della Sloan Digital Sky Survey o della 6 Degree Field Survey, che permettono di reperire innumerevoli informazioni su questo tipo di oggetti.
Contatti: Stefano Ciroi
AGN e cosmologia
Recenti sviluppi nella comprensione dei nuclei galattici attivi hanno permesso di isolare una classe di AGN che mostra proprietà spettrali stabili su un grande intervallo di luminosità. Questa classe è associata a buchi neri che accrescono a tassi accrescimento molto elevati.
Abbiamo iniziato uno studio delle loro proprietà su un ampio intervallo di redshift, da 0 a 3, utilizzando dati di survey e dati proprietari ottenuti con LBT e con il GTC. L'obiettivo è di comprendere le loro proprietà, tra le quali la dinamica, le condizioni fisiche e la composizione chimica delle regioni di emissione delle righe spettrali ottiche ed UV.
La stabilità in termini del rapporto luminosità su massa del buco nero rende questi AGN possibili indicatori di distanza.
In collaborazione con astronomi in Italia, Spagna, Messico, Cina e Serbia stiamo esplorando la possibilità di utilizzarli per la determinazione dei principali parametri cosmologici.
Contatti: Mauro D’Onofrio