L’Universo in 3D con MUSE

L’immagine di sfondo in questo composito mostra la fotografia presa dal telescopio spaziale Hubble della NASA/ESA nella regione nota come Campo Profondo Meridionale di Hubble. Nuove osservazioni con lo strumento MUSE montato sul VLT hanno scoperto galassie remote invisibili per Hubble, di cui vengono evidenziati due esempi. Crediti: ESO/MUSE Consortium/R. Bacon

Lo strumento MUSE montato sul telescopio VLT (Very Large Telescope) dell’ESO ha fornito agli astronomi la miglior veduta tridimensionale di sempre dell’Universo profondo. Dopo aver fissato la regione del Campo Profondo Meridionale di Hubble (o Hubble Deep Field South in inglese) per sole 27 ore, le nuove osservazioni rivelano le distanze, i moti e altre proprietà di un numero di galassie ben superiore di prima in questo minuscolo lembo di cielo. Vanno anche oltre Hubble e svelano oggetti prima invisibili.

Osservando a lungo la stessa regione di cielo, gli astronomi hanno potuto creare delle mappe profonde del cielo che ci hanno rivelato molte informazioni sull’Universo primordiale. La più famosa di queste è l’originale Campo Profondo di Hubble, ottenuto dal telescopio spaziale Hubble della NASA/ESA nel corso di alcuni giorni verso la fine del 1995. Questa immagine spettacolare, ormai un’icona di Hubble, ha rapidamente trasformato la nostra comprensione del contenuto dell’Universo giovane. Due anni dopo è stata seguita da una simile osservazione nel cielo sud – il Campo Profondo Meridionale di Hubble.

Queste immagini però non avevano tutte le risposte – per saperne di più sulle galassie delle immagini dei campi profondi, gli astronomi dovevano osservare un oggetto per volta con altri strumenti, un compito lungo e difficile. Ma ora, per la prima volta, il nuovo strumento MUSE può fare svolgere entrambi i compiti nello stesso tempo – e anche molto più in fretta.

Una delle prime osservazioni con MUSE dopo la fase di verifica sul VLT nel 2014 è stato un lungo sguardo al Campo Profondo Meridionale di Hubble (o in inglese Hubble Deep Field South: HDF-S). I risultati hanno superato le aspettative.

«Dopo solo poche ore di osservazione al telescopio abbiamo dato un rapido sguardo ai dati e abbiamo trovato molte galassie – un risultato molto incoraggiante. Quando siamo tornati in Europa ci siamo messi a esplorare i dati più in dettaglio. Era come pescare in acque profonde e ogni nuova retata produceva entusiasmo e discussioni sulle specie appena pescate», ha spiegato Roland Bacon (Centre de Recherche Astrophysique de Lyon, Francia, CNRS) Investigatore Principale dello strumento MUSE e a capo del comitato di verifica.

Ogni punto dello sguardo che MUSE ha rivolto al campo HDF-S non è solo il pixel di un’immagine ma anche uno spettro che rivela l’intensità della luce nei suoi diversi colori costituenti proprio in quel punto – circa 90 000 spettri in tutto. Ogni spettro copre un intervallo di lunghezze d’onda che va dalla zona blu dello spettro fino al vicino infrarosso (475-930 nanometri). Questi possono rivelare la distanza, la composizione e i moti interni di centinaia di galassie distanti – oltre a catturare un piccolo numero di stelle molto deboli della Via Lattea.

Anche se il tempo totale di esposizione è stato molto inferiore di quello delle immagini di Hubble, i dati MUSE del HDF-S hanno rivelato in questo piccolo lembo di cielo più di venti oggetti molto deboli che Hubble non aveva visto per nulla. MUSE è particolarmente sensibile a oggetti che emettono la maggior parte dell’energia ad alcune lunghezze d’onda particolari, che appaiono come punti brillanti nei dati. Le galassie dell’Universo primordiale hanno di solito spettri di questo tipo poiché contengono idrogeno gassoso che risplende a causa della radiazione ultravioletta delle giovani stelle calde.

Questa immagine presa dal telescopio spaziale Hubble della NASA/ESA è una delle più profonde dell’Universo in luce visibile/ultravioletta. Mostra una minuscola regione della costellazione meridionale del Tucano, chiamata Campo Profondo Meridionale di Hubble. L’immagine è stata presa dalla camera WFPC2 (Wide Field Planetary Camera 2) nel 1998. La luce proveniente dalle galassie è stata analizzata anche con lo spettrografo STIS (Space Telescope Imaging Spectrograph). Crediti:
R. Williams (STScI), the HDF-S Team, and NASA/ESA

«L’emozione più grande è stata quando abbiamo trovato galassie molto lontane che non erano neppure visibili nelle immagini più profonde di Hubble. Dopo così tanti anni di duro lavoro sullo strumento, per me è stata un’esperienza significativa vedere i nostri sogni diventare realtà», ha aggiunto Bacon. Osservando con attenzione tutti gli spettri delle osservazioni MUSE dell’HDF-S, il gruppo di astronomi ha misurato la distanza di 189 galassie, che vanno da quelle relativamente vicine fino a quelle che vediamo quando l’Universo aveva meno di un miliardo di anni. Questo è più di dieci volte il numero di misure di distanza che esistevano per questa zona di cielo.

Per le galassie più vicine, MUSE può fare anche di più e studiare le diverse proprietà delle diverse zone della stessa galassia. Ciò può rivelare la rotazione della galassia e come le proprietà varino da punto a punto nella galassia. È un metodo molto potente per capire come le galassie evolvano nel tempo cosmico.

«Ora che abbiamo dimostrato le capacità uniche di MUSE per esplorare l’Universo profondo, osserveremo altri campi profondi, come il Campo Ultraprofondo di Hubble. Potremo studiare migliaia di galassie e scoprirne di debolissime e molto distanti. Queste piccole galassie nella loro infanzia, viste com’erano più di 10 miliardi di anni nel passato, sono gradualmente cresciute fino a diventare simili alla Via Lattea come la vediamo oggi», ha concluso Bacon.

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