articolo annuario 03

Capitolo 5	Cosmologia

VST survey

Il problema fondamentale che la cosmologia osservativa del nuovo secolo è chiamata a risolvere è la natura delle strutture che compongono l'universo: le galassie, gli ammassi di galassie, i filamenti lungo i quali gli ammassi di galassie sembrano preferibilmente formarsi, e i void, le grandi regioni di bassa densità.
Durante gli ultimi venti anni un enorme progresso è stato compiuto nello studio delle regioni più dense dell'universo - i cosiddetti core degli ammassi di galassie - grazie alla disponibilità di telescopi della classe dai 4 m agli 8 m (e.g. VLT e Keck) e dell'HST. Dallo conoscenza delle proprietà degli oggetti in questi ambienti è stato possibile comprendere che l'epoca di prima formazione delle galassie d'ammasso risale ad almeno z = 2. Questo risultato peraltro appare ancora abbastanza circoscritto, in considerazione del fatto che i dati disponibili non permettono nemmeno di distinguere tra i due principali scenari di formazione delle galassie: il merging gerarchico e la formazione monolitica.
L'esplorazione sin qui condotta è limitata a particolari ambienti, quali i core degli ammassi, oppure è confinata entro distanze o aree troppo piccole per ottenere risultati veramente significativi. Esempi della attuale situazione sono la survey SDSS che, pur coprendo ben 1000 gradi quadrati di campo, riguarda distanza troppo modeste (z

0.15) per permettere lo studio di diversi aspetti dell'evoluzione, oppure gli Hubble Deep Field che, sebbene in grado di determinare proprietà fotometriche di galassie fino a grandi distanze, coprono però angoli di pochi primi d'arco.
L'insieme di VST e OmegaCam offre ora la migliore possibilità di esplorare grandi volumi di universo, grazie all'accoppiamento tra la profondità fornita da un telescopio di 2.6 m di diametro, collocato nel miglior sito astronomico del mondo, e il campo di ben un grado quadrato. Sulla base di queste considerazioni l'OAC ha progettato una survey finalizzata ad esplorare l'universo a redshift tra z = 0.2 e 1, allo scopo di studiare l'evoluzione delle galassie in diversi ambienti, per mezzo della distribuzione in luminosità, della relazione colore-luminosità, e delle leggi di scala.
Il progetto della survey, che ha visto coinvolti numerosi istituti italiani e stranieri, tra cui i P.I. olandesi di OmegaCam, quelli inglesi del telescopio VISTA e il responsabile della ESO Imaging Survey, prevede di osservare 200 gradi quadrati di cielo in cinque bande fotometriche (UBVRI), con una profondità corrispondente a V = 25 mag con rapporto S/N = 10. Con queste caratteristiche sarà possibile studiare le proprietà evolutive delle popolazioni stellari in galassie da z = 1 fino all'epoca attuale, in ambienti che vanno dagli ammassi ricchi come quello di Coma, ai super-ammassi, ad ambienti relativamente poco densi (il campo e i void).
La VST survey permetterà di ottenere magnitudini e colori (con una accuratezza del 5%) per 8 milioni di galassie. Si stima che possano essere classificati circa 500 ammassi di galassie di diversa ricchezza fino a z = 1, tra cui circa 30 molto ricchi (tipo Coma), e quantità progressivamente crescenti di ammassi meno ricchi. L'area campionata corrisponde ad un diametro di 300 Mpc a z = 0.5, il che permetterà di campionare la struttura su larga scala dell'universo fino a scale dell'ordine dei 60 Mpc. Oltre a costituire una base per studio delle proprietà evolutive delle galassie unica nel suo genere, la survey consentirà di determinare la struttura degli ammassi di galassie di diversa massa fino a z = 1, e l'evoluzione della distribuzione di luminosità dei QSO (e quindi la misura dei parametri cosmologici) fino a z = 5.
Numerosissimi, poi, sono i risultati che ci si aspetta di ottenere in ambiti diversi da quello dell'evoluzione delle galassie; in particolare, per tutto ciò che riguarda gli oggetti rilevanti per lo studio della struttura della Galassia. La survey permetterà, per esempio, di scoprire almeno 1000 nane bianche di alone e un centinaio di nane bianche del disco. La sola rilevazione di tali oggetti permetterà di porre limiti mai prima raggiunti sulla distribuzione spaziale delle popolazioni stellari di età diverse, e quindi sullo stato evolutivo della Galassia.
La grande area e la profondità della survey consentiranno inoltre lo studio di tutti quei fenomeni che per la loro intrinseca rarità sfuggono solitamente ad uno studio statistico o persino alla rilevazione, come il lensing, i corpi minori del Sistema Solare, gli oggetti rari in genere, e fenomeni transienti. In particolare, le statistiche disponibili fanno prevedere di rivelare qualche migliaio di fenomeni di lensing di QSO da parte di galassie interposte, permettendo non solo la misura diretta della massa di un enorme campione di galassie, ma anche di stabilire vincoli molto precisi alle costanti cosmologiche.
La survey prevede l'utilizzo di circa 800 ore di osservazione VST su un arco di quattro anni. Le necessità in termini di riduzione e archiviazione dei dati sono state studiate, e portano ad una stima ragionevole di due giorni di riduzione per ogni notte di osservazione. Per raggiungere questi risultati l'OAC è da tempo impegnato con altri istituti nella preparazione degli strumenti di analisi dei dati e nella risoluzione dei problemi di archiviazione.
Dal punto di vista delle risorse e del prodotto scientifico, la survey fornirà alla comunità italiana la più grande, omogenea, e statisticamente significativa base su cui impostare studi di cosmologia osservativa, astrofisica extragalattica, e galattica per gli anni a venire.