Gaia e i fenomeni transienti

Poco dopo l'inizio delle osservazioni scientifiche, il satellite astrometrico europeo rilevò un enorme numero di stelle che cambiavano luminosità, una mole impossibile da gestire. Adesso si è riusciti a venirne a capo... e si sono appena scoperte 2 supernove!

Anche se lo scopo principale di GAIA è quello di misurare con estrema precisione le posizioni apparenti di oggetti stellari su tutta la volta celeste, essa è dotata anche di notevoli capacità fotometriche e spettroscopiche, per completare i dati astrometrici nei cataloghi che si cominceranno a produrre già alla fine della prossima estate.

Il telescopio astronomico europeo scansiona continuamente la volta celeste ed è quindi lo strumento perfetto per rilevare anche fenomeni transienti o " guest star" che cambiano improvvisamente luminosità a distanza di settimane. Alcuni di questi oggetti transitori sono stelle sottoposte a grossi eventi sfogo ( outbursts) che aumentano improvvisamente la loro luminosità, mentre altri sono supernovae, le potenti esplosioni che segnano la fine della vita di una stella. Tra queste rilevazioni, è anche possibile trovare alcune galassie, che possono talvolta diventare più luminose a causa dall'attività di accrescimento dei buchi neri al loro centro.

Per comprendere ulteriormente le proprietà fisiche di queste fonti transitorie, è fondamentale osservarle per un lungo periodo di tempo dopo la prima rilevazione. Per questo motivo, il consorzio che si occupa della gestione e analisi dei dati Gaia ( DPAC) comprende un team di scienziati che hanno il compito di scrutare i datiquotidiani per cercare fonti insolite. Ogni volta che identifica un oggetto transitorio, il team " Gaia Science Alert", con sede a Cambridge, annuncia la scoperta alla comunità astronomica, in modo che altri scienziati possano seguire la sorgente con altri telescopi, sia da Terra che nello spazio.

La squadra ha iniziato ad emettere avvisi nel Settembre 2014, poco dopo l'inizio delle operazioni scientifiche di routine. Tuttavia, il team è stato ben presto sopraffatto dal numero di potenziali fonti transitorie, fino a un milione al giorno prima della scrematura iniziale! Questo sovraccarico di dati è dovuto al fatto che, al momento, gli scienziati DPAC non erano ancora in confidenza con la complessità delle osservazioni effettuate da Gaia e con l'enorme quantità di informazioni che contengono. Così, dopo circa dieci mesi e quasi trecento avvisi emessi, la pubblicazione degli avvisi è stata messa in pausa per sei mesi, nella seconda metà del 2015. Durante questa pausa, il team ALERT ha implementato una serie di aggiornamenti negli algoritmi di filtraggio e di rilevamento che vengono utilizzati per trovare transitori. Alla fine, una procedura migliorata è stata attivata a gennaio, con un nuovo algoritmo di filtraggio ottimizzato per mascherare le regioni molto dense del cielo, in particolare verso le aree più affollate lungo il piano della Via Lattea, dove il tasso di falsi allarmi è ancora troppo alto. Combinando questa maschera con un migliore trattamento dei dati Gaia, la squadra è riuscita a ridurre il tasso di potenziali transitori da quasi un milione a poche centinaia al giorno.

Ci vuole ancora molto lavoro umano per identificare i transitori genuini - circa quattro al giorno - nel numero totale di fonti candidati, ma ora l'operazione è sicuramente più agevole. Da metà gennaio a fine febbraio, il team ha identificato un totale di 175 transitori e ha emesso avvisi per la comunità scientifica.

La maggior parte delle fonti sono candidati di supernova e sistemi stellari binari noti come " variabili cataclismich e", ma sono stati trovati anche un certo numero di fonti stellari esotiche. Il team è impaziente di migliorare ulteriormente gli algoritmi di rilevamento, e le previsioni suggeriscono che a regime potrebbero trovare una decina di transitori al giorno.

Tra i poco più di 3 eventi transitori osservati in media ogni giorno ultimamente, molti sono supernovae. La prima eclatante scoperta di quest'anno è stata battezzata Gaia16aeg, scoperta in modo indipendente anche dalla survey terrestre ASAS-SN (come ASASSN-15lv) a metà 2015 e classificata come supernova di tipo IIb, ad una distanza relativamente vicina di circa 190 milioni di anni luce. Le supernovae di tipo IIb derivano dal collasso del nucleo di una stella massiccia che ha conservato solo un sottile strato di idrogeno. Le misure fotometriche di Gaia16aeg mostrano un costante declino di luminosità in forma esponenziale, nel corso in oltre di sei mesi come mostrato nella figura in alto (l'andamento apparentemente lineare è dovuto all'uso della scala logaritmica delle magnitudini). Gli elementi radioattivi che sono responsabili del decadimento esponenziale della curva di luce si stanno tramutand in Ferro. Gli spettri Gaia (figura qui sotto), mostrano una graduale transizione verso lo spettro tipico di nebulosa; in cinque mesi, il continuo svanisce mentre forti righe di emissione di Calcio (compresa la tripletta Ca NIR), Ossigeno e Ferro sono visti emergere nello spettro rosso.

Sequenza di spettri ripresi da Gaia sulla supernova Gaia16aeg; si noti che le ordinate sono in unità arbitrarie e gli spettri sono traslati in modo da avere in basso quelli più recenti; inoltre, la scala orizzontale esprime il canale dello spettrometro e la correlazione con la lunghezza d'onda non è ovvia. Gli spettri sono stati misurati con i due prismi che operano nel Blu e nel Rosso (BP / RP) - Credits: ESA/Gaia/DPAC/Gaia Science Alerts Team/Morgan Fraser/Simon Hodgkin/Lukasz Wyrzykowski

La seconda interessante supernova è SN 2016adj, è una delle più vicine degli ultimi dieci anni. E' stata scoperta da un gruppo di astrofili australiani e si trova all'interno della celebre radiogalassia Centaurus A (Cen A o NGC5128), a soli 11 milioni di anni luce. La spettroscopia mostra che si tratta di una supernova di tipo II ,ricca di idrogeno e probabilmente derivata dal collasso di una massiccia supergigante rossa. Come si vede bene nell'immagine di apertura, Cen A è una galassia ellittica gigante, dominata da suggestive striature di polvere, e purtroppo la supernova si trova all'interno di uno di queste nubi oscure; la sua luce è quindi fortemente oscurata ed arrossata: mentre la sua magnitudine nel blu è ~ 17, nel rosso è molto più luminosa (~ 13). Nonostante l'arrossamento, la vicinanza di SN 2016adj significa che è possibile ricercare le molte immagini d'archivio dell'Hubble Space Telescope della galassia per cercare di identificare il progenitore della supernova, come dimostrato nella figura qui sopra. La precisione astrometrica di Gaia può essere usata per individuare con precisione la supernova sulle immagini d'archivio.

Spettro di SN 2016adj ripreso da Gaia, con l'evidente arrossamento della luce che rende nullo il segnale a sunistra (porzione blu dello spettro) e intenso a destra, nel rosso estremo. Credits: ESA/Gaia/DPAC/Gaia Science Alerts Team/Morgan Fraser/Simon Hodgkin/Lukasz Wyrzykowski

Queste due supernovae forniscono ancora un altro esempio della fantastica qualità dei dati Gaia, e alcuni dei vari (e iprevisti) modi in cui possono essere utilizzati.

Riferimenti:
- http://sci.esa.int/gaia/57552-gaia-science-alerts-are-back/http://www.cosmos.esa.int/web/gaia/iow_20160229