Strategie osservative LSST ottimizzate per lo studio delle stelle giovani
L’osservatorio Vera C. Rubin è attualmente in costruzione nella località di Cherro Pachon, nel nord del Cile. Dotato di uno specchio primario di 8.4 metri, il telescopio è progettato per monitorare per ben 10 anni tutto il cielo osservabile da quella posizione in sei filtri che coprono tutta la banda ottica, più parte dell’UV (filtro u) e IR (filtro y). Questa campagna osservativa (Legacy Survey of Space and Time, LSST) rivoluzionerà diversi campi dell’astrofisica: dallo studio dei transienti e stelle variabili, alla scienza galattica ed alla cosmologia. Il progetto principale di Rubin LSST è la Wide–Fast–Deep survey, che prevede un monitoraggio di ben 18000 gradi quadrati, equivalente a 40 volte le dimensioni della Luna piena, consentendo di coprire l’intero cielo in sole 3 notti di osservazioni con un mosaico di osservazioni ripetute ciascuna di 30 secondi per filtro. In media, ogni campo del mosaico sarà osservato per 825 volte. Uno degli aspetti più innovativi di Rubin LSST è costituito dalla camera, che ha dimensioni di una grande automobile, e contiene 3.2 miliardi di pixels, producendo circa 20 terabytes di dati da processare e archiviati ogni singola notte di osservazione.
Un simile progetto richiede un lungo ed intenso lavoro di progettazione e preparazione sia tecnico che scientifico. Un team di ricercatori dell’INAF – Osservatorio Astronomico di Palermo, pesantemente coinvolto in questo progetto dal 2017, ha recentemente pubblicato due studi che presentano l’ottimizzazione delle osservazione del Vera Rubin Observatory per due casi scientifici specifici: lo studio della variabilità nelle stelle giovani e una campagna osservativa profonda delle stelle giovani nel piano galattico.
Il primo studio è guidato dall’astrofisica R. Bonito (INAF – Osservatorio Astronomico di Palermo), coordinatrice (co-chair) della “Transient and Variable Stars Science Collaboration” di Rubin LSST. In esso è descritto come la cadenza delle osservazioni del Vera Rubin può essere ottimizzata per lo studio dei fenomeni variabili nelle stelle giovani (ossia stelle con pochi milioni di anni di vita). Queste stelle, infatti, sono caratterizzate dalla presenza di dischi di gas e polveri, chiamati “dischi protoplanetario”. Per un periodo tipicamente inferiore ai 3 milioni di anni, parte del gas presente nel disco accresce sulla stella con dei tassi di accrescimento, tipicamente variabili nel tempo, che si aggirano attorno alle 10-10 — 10-9 masse solari per anno. In più, il materiale attorno alla stella associato al disco può essere origine di un assorbimento (estinzione) variabile della radiazione stellare a causa di disomogeneità presenti nel disco stesso. Come dimostrato in questo studio, questi processi possono essere studiati da Rubin LSST con una cadenza molto fitta di osservazioni (>100 in una settimana) di una regione di formazione stellare ricca di stelle giovani. La prima regione proposta per questo studio è la Nebulosa della Carena, la quale, grazie alle capacità del Vera Rubin Observatory, offre l’occasione unica di studiare la variabilità in un campione estremamente ricco di stelle giovani (alcune decine di migliaia di stelle). Lo studio, insieme allo sviluppo di modelli 3D per l’accessibilita’ a ricercatrici/ricercatori ipovedenti, è descritto nell’articolo: “Young Stellar Objects, Accretion Disks, and Their Variability with Rubin Observatory LSST“, recentemente pubblicato dalla rivista The Astrophysical Journal Supplement.
Il secondo articolo, guidato dall’astrofisica L. Prisinzano (INAF – Osservatorio Astronomico di Palermo) dimostra invece le potenzialità di Rubin LSST nell’esplorare la popolazione di stelle giovani di piccola massa della Via Lattea fino ad una profondità (intesa in questo contesto come capacità di osservare stelle nel piano galattico a distanze molto grandi da noi) mai raggiunta finora. La maggior parte degli studi esistenti sulla popolazione stellare giovane della Via Lattea, infatti, si limita ad una regione vicina al Sole (più o meno entro 6000 anni luce) o in singoli ammassi stellari giovani posti a distanze maggiori. Questo perchè osservare attraverso il piano galattico (dove la quasi totalità delle regioni di formazione stellare si trova) significa guardare attraverso “regioni ad alta estinzione”, ossia popolate da estese nubi di gas e polveri che assorbono la radiazione stellare. Queste regioni ad alta estinzione sono state escluse dalla pianificazione della Wide–Fast–Deep survey, e rischiano di non essere osservate. Lo studio guidato da L. Prisinzano, invece, dimostra come con opportune strategie osservative sia possibile osservare tra 5 e 6 milioni di stelle giovani fino a distanze comprese tra i 30000 ed i 50000 anni luce da noi. Questo non solo permetterebbe di osservare e studiare stelle giovani a distanze difficilmente raggiunte finora, ma permetterebbe per la prima volta di mappare i bracci di spirale più vicini al Sole della Galassia ed avere una visione globale del processo di formazione stellare e dell’evoluzione delle stelle giovani nella Via Lattea. Lo studio è descritto nell’articolo: “Rubin LSST observing strategies to maximize volume and uniformity coverage of Star Forming Regions in the Galactic Plane“, anche esso recentemente pubblicato su The Astrophysical Journal Supplement.
La figura (cliccare qui per visualizzarla interamente) mostra i risultati principali dei due studi. Il pannello in alto mostra una tipica curva di luce (ossia la variazione temporale della luminosità) di una stella giovane variabile a causa del processo di accrescimento. I punti neri indicano il modo in cui la variabilità di questa stella verrà campionata con le strategie osservative descritte nello studio di R. Bonito. Il pannello in basso rappresenta invece una mappa di tutto il cielo osservabile dal Vera Rubin Observatory. Lo schema a colori mostra il numero di stelle giovani che saranno osservate con la strategia osservativa descritta nello studio di L. Prisinzano. Il piano galattico corrisponde approssimativamente alla regione gialla. A destra si possono riconoscere delle “regioni ad alta estinzione” caratterizzate da un numero minore di stelle giovani osservate. Lo studio dimostra come le regioni del Piano Galattico che presentano maggiori difficoltà nel rivelare nuove stelle giovani sono quelle maggiormente affollate e non quelle maggiormente assorbite.
