Ricerca e caratterizzazione di quasar all’alba cosmica

01/09/2020

La scoperta di quasar, alimentati dal rapido accrescimento di materia su buchi neri di 1e6 – 1e9 masse solari, già presenti a redshift z>6 (età dell’Universo: < 1 miliardo di anni), apre una nuova finestra sull’Universo giovane. Spiegare la presenza di questi buchi neri a redshift sempre più alti richiede spingere all’estremo i modelli della loro rapidissima formazione e crescita. Inoltre, i quasar superano di svariati ordini di grandezza la luminosità delle tipiche galassie agli stessi redshift: di conseguenza, è possibile sfruttare i quasar come “segnaposti” delle strutture a larga scala dell’Universo, e come sorgenti di sfondo contro cui studiare le galassie e il mezzo intergalattico lungo la linea di vista attraverso l’assorbimento della luce del quasar. Infine, le galassie ospiti di questi quasar appaiono già evolute, con masse barioniche (stelle e gas) comparabili a quella della Via Lattea odierna, con metallicità prossime a quella solare, ma con tassi di formazione stellare centinaia di volte superiori rispetto alla nostra Galassia. I quasar a z>6 sono quindi laboratori ideali in cui studiare le primissime fasi di crescita ed evoluzione delle galassie più massive.

Fotometria di Pisco

Immagini e spettro del quasar J1342+09 a z=7.54, uno dei quasar a più alto redshift noti. Immagine adattata da Banados et al. (2018), Nature, 553, 473.

I primi quasar a z>6 furono scoperti intorno al 2000 grazie alla survey SDSS. Oggi, si conoscono più di 200 quasar a z>6, compresi 5 quasar a z>7. L’avvento di nuove survey nell’ottico e nel vicino infrarosso (DECAL, Pan-STARRS, AllWISE, UKIDSS, VHS, SkyMapper …) hanno consentito un radicale cambio di velocità nella ricerca di queste sorgenti estreme, e un ulteriore balzo in avanti sarà offerto dalle future survey LSST, 4MOST, e dal telescopio spaziale Euclid. La scoperta di nuovi quasar richiede la combinazione di database a varie lunghezze d’onda, e selezioni statistiche basate sui colori e sul confronto con la fotometria attesa per sorgenti contaminanti (in particolare, nane brune Galattiche). Fotometria aggiuntiva e spettroscopia dedicata vengono poi impiegate per la conferma dei candidati più promettenti. La caratterizzazione dei quasar richiede poi osservazioni profonde di spettroscopia con telescopi da 8m, e studi a varie lunghezze d’onda (dall’X al millimetrico e al radio).

L’Osservatorio è parte attiva in molti progetti di ricerca e caratterizzazione dei quasar all’alba cosmica.

Personale OAS coinvolto: Andrea Comastri, Roberto Decarli, Roberto Gilli, Marco Mignoli, Antonio Pensabene