articolo annuario 03

Capitolo 5	Cosmologia

Struttura ottica e NIR delle galassie fino a z = 0.7

L'applicazione di un nuovo algoritmo ad immagini NTT e VLT nell'ottico e nel vicino infrarosso ha permesso di determinare per la prima volta la struttura interna di un ampio (N = 300) campione di galassie in diversi ammassi fino a z ~ 0.7, che corrisponde a circa metà dell'età dell'universo.
L'algoritmo è costituito da un fit bidimensionale delle immagini con un modello di distribuzione di brillanza degradato per mezzo di una convoluzione con la Point Spread Function (PSF) locale, misurata sulle stelle presenti nell'immagine stessa. Il principale pregio di tale metodo è la possibilità di misurare i parametri strutturali di galassie lontane su immagini da terra, potendo sfruttare appieno i vantaggi che alcuni strumenti, come per esempio SOFI e ISAAC, presentano rispetto a quelli di HST. Si possono ottenere misure accurate di parametri strutturali da immagini prese in condizioni ordinarie. Con un seeing dell'ordine di 1", per esempio, è possibile arrivare a misurare raggi efficaci dell'ordine di mezzo pixel: ciò implica la capacità di determinare da terra i raggi efficaci di galassie distanti, fino a z ~ 1.
I risultati che seguono fanno parte di una survey sulla struttura ottica e NIR di galassie di ammasso a redshift compresi tra 0.2 e 0.7, basata su dati ESO (bande U, B, V, R, I, z e Ks), acquisiti con gli strumenti NTT-EMMI, NTT-SOFI, VLT-FORS e VLT-ISAAC, oltre che su dati HST-WFPC2 nella banda F702W (~ banda R).
Si è analizzata per la prima volta la distribuzione spaziale delle diverse popolazioni di galassie a redshift z = 0.64 nell'ammasso EIS0048 in funzione del colore.
Le galassie rosse mostrano una distribuzione fortemente strutturata, con una sovradensità centrale ed un picco secondario alla distanza di circa 1 Mpc dal centro. Al contrario, le galassie blu sono uniformemente distribuite nella regione dell'ammasso, con eventuali sovradensità nelle regioni più esterne. In EIS0048, la frazione di galassie blu risulta significativamente inferiore rispetto a quanto previsto dall'effetto Butcher-Omler "classico" a redshift z ~ 0.7, estrapolando le proprietà di ammassi più vicini. Ciò mostra che i meccanismi attraverso i quali le galassie sono acquisite dal campo negli ammassi di galassie cambiano drasticamente tra la prima e la seconda metà di vita dell'universo.
Sono stati ottenuti per la prima volta i parametri strutturali di circa 300 galassie appartenenti agli ammassi A2163B (z = 0.2), A209 (z = 0.2), AC 118 (z = 0.3) ed EIS0048 (z = 0.64), e si sono confrontate la struttura ottica e NIR delle galassie fino a 6.0 Gyr con quella delle galassie locali.
Il primo risultato è che la relazione tra le proprietà ottiche e NIR delle galassie fino a z ~ 0.7, descritte in termini di gradienti interni di colore, è profondamente diversa da quella delle galassie locali. Tale diversità è prova di una forte evoluzione nei gradienti di colore, nel senso che le galassie a redshift intermedio sono molto più concentrate nel NIR che nell'ottico rispetto alle galassie locali. Un'evoluzione così rilevante può essere spiegata solo se ai gradienti interni di colore contribuisce, oltre ad un gradiente di metallicità, anche un gradiente di età delle popolazioni stellari.
Se ne deduce che le galassie distanti sono composte di popolazioni stellari di diversa età (più vecchie nelle regioni interne), che evidentemente non possono essersi formate contemporaneamente durante un collasso monolitico, ma devono essersi "assemblate" attraverso il merging di popolazioni stellari di età media diversa.
Un secondo risultato riguarda le dimensioni stesse delle galassie, e la relazione tra il raggio che contiene metà della luminosità totale e la brillanza superficiale media entro tale raggio ("relazione di Kormendy"). In questo caso la fotometria NIR gioca un ruolo fondamentale, in quanto è solo nell'infrarosso che la distribuzione di brillanza è realmente proporzionale alla distribuzione di massa luminosa, e riproduce quindi strettamente la struttura interna di una galassia.
Come è stato mostrato dal gruppo dell'OAC analizzando la relazione di Kormendy, le proprietà strutturali delle galassie nel piano raggio-brillanza superficiale rimango invariate fino a redshift z ~ 0.7. Se ne deduce che qualsiasi siano i meccanismi di formazione ed evoluzione delle galassie, essi lasciano inalterate le relazioni tra le proprietà strutturali delle galassie negli ultimi 6 Gyr di vita dell'universo.
Dal momento che l'ambiente riveste un ruolo profondamente discriminate nei diversi modelli di formazione delle galassie, in futuro sarà necessario effettuare un'analisi analoga a quella sopra descritta per popolazioni di galassie in regioni di diversa densità. Questo tipo di studio potrà essere efficientemente affrontato utilizzando uno strumento a grande campo quale VST. A tale scopo, è stato intrapreso un programma preparatorio utilizzando osservazioni di regioni ampie del cielo disponibili in archivio. Un esempio dei dati utilizzati è mostrato per l'ammasso di galassie A209 (z = 0.2), dove si evidenzia come il grande campo sia uno strumento indispensabile per studiare gli ammassi di galassie fino alle regioni esterne, in condizioni di densità prossime a quelle del campo.