Record mondiale per l’astrofilo Giuseppe Donatiello: scopre un’altra galassia, Pisces VII

26 Aprile 2021 / Commenti disabilitati su Record mondiale per l’astrofilo Giuseppe Donatiello: scopre un’altra galassia, Pisces VII

UAI-Ricerca

Giuseppe Donatiello, astrofilo pugliese di lunga data e Coordinatore della Sezione di Ricerca “Profondo cielo” dell’Unione Astrofili Italiani (UAI), mette a segno un’altra scoperta in campo astronomico. Dopo aver individuato la galassia nana Donatiello I, che porta il suo nome, ha ora scovato – perlustrando il cielo notturno – un’altra galassia nana, Pisces VII. Un risultato scientifico con il quale si aggiudica il record di primo astrofilo al mondo ad aver scoperto due galassie e che conferma il significativo contributo che gli appassionati di astronomia possono fornire alla ricerca astrofisica con le proprie osservazioni, soprattutto quando lavorano in collaborazione con astronomi professionisti. Approfondiamo con Giuseppe Donatiello, nostro instancabile “cacciatore di galassie”, la recente scoperta della galassia Pisces VII.

Dove è localizzata Pisces VII e quali sono le sue principali caratteristiche?

Pisces VII dista 2,6 milioni di anni luce e si trova nella costellazione dei Pesci. Come Donatiello I, è anch’essa una galassia nana molto debole, ma quattro volte più vicina, infatti, è nel Gruppo Locale, la “famiglia” cosmica di cui fa parte la nostra Via Lattea. Il Gruppo Locale annovera dei sottogruppi: in uno c’è la nostra galassia con una cinquantina di satelliti e le due Nubi di Magellano con altri 7 satelliti, poi c’è il sottogruppo della galassia di Andromeda (M31) con M33, quello di NGC 3109 e alcune galassie isolate. I membri più esterni del Gruppo Locale sembrano essere Sextans A e Sextans B, una coppia di minuscole galassie irregolari a 4,35 milioni di anni luce.

Pisces VII è nel sottogruppo di M31 insieme a 37 altre galassie a oggi note. A differenza degli altri satelliti, sembra però associata a M33, la galassia spirale nel Triangolo, considerata il più grande satellite di M31. Dalle nostre misure, dista circa 230.000 anni luce e sembra essere un suo satellite, insieme alla nana Andromeda XXII/Triangulum I. Per tale motivo ha ricevuto la seconda denominazione di Triangulum III, poiché Tri II c’era già ed è un satellite della Via Lattea.

Non è un oggetto molto comune, essendo stata classificata come galassia nana ultradebole (UFD), composta di un numero limitato di stelle ed estesa circa 600-1000 anni luce. Per via di tali caratteristiche si configura come uno degli oggetti più deboli del suo tipo, probabilmente la più debole galassia fuori dai confini della nostra Via Lattea sinora scoperta.

Come è nata questa scoperta? Perché è stata ispezionata questa regione dello Spazio?

Il Modello cosmologico Lambda-Cold Dark Matter (Lambda-CDM), quello più accreditato, riproduce abbastanza bene quello che osserviamo nell’Universo a grande scala e mostra come le galassie maggiori si formino per cattura e accrescimento ai danni di oggetti più piccoli. Gli attuali satelliti che osserviamo sono i sopravvissuti di tale processo, però c’è un problema: ne osserviamo molti meno di quanti previsti nelle simulazioni computazionali (circa 300 intorno alla nostra galassia e 500 intorno a M31). Dove sono tutti quanti?

Penso che il modello Lambda-CDM sia abbastanza corretto, quindi tutti quei satelliti ci devono essere. Molto probabilmente sono tutti di debole luminosità o ridotti a flussi stellari che, effettivamente, osserviamo sia intorno alla nostra Via Lattea sia nelle altre galassie maggiori del Gruppo Locale.
Se quei satelliti ci sono davvero, possono essere ovviamente trovati.

Era dal 2013 che non veniva annunciata la scoperta di un nuovo membro nel sottogruppo di Andromeda. Tutti i ricercatori pensavano che altri deboli satelliti fossero fuori dalle possibilità degli attuali sondaggi professionali e non è stata intrapresa la loro ricerca. Qualche novità era attesa con l’entrata in esercizio degli strumenti in costruzione con cui si otterranno sondaggi più profondi. Io invece ero convinto che qualche nuovo satellite poteva essere scoperto anche nei dati disponibili. Simili oggetti dovrebbero trovarsi in qualsiasi parte della volta celeste, tuttavia è stato logico limitare la ricerca alla sola regione di M31-M33.

M31 e M33 equidistanti dalla stella Mirach (al centro). Nell’immagine è riportata la posizione di Donatiello I

Entriamo nei dettagli. Con quali tempi e strumenti è avvenuta la scoperta?

Possiamo dire che questa scoperta sia figlia del lockdown, con gran parte del lavoro svolto da casa. Eseguo le mie ricerche nel tempo libero, di solito dopo cena e sino a notte fonda. Non mi occupo solo di galassie nane, ma estesamente pure di ricerca e studio di flussi stellari intorno a galassie simili alla Via Lattea. Una settimana dopo l’annuncio di Pisces VII, è stato infatti pubblicato un altro importante articolo scientifico su questi argomenti in cui figuro come unico autore italiano e astrofilo tra circa una trentina di ben noti specialisti mondiali. In entrambi gli studi l’UAI è riportata come istituzione di affiliazione e spero che questa vetrina sia motivo di soddisfazione nonché un incentivo per tutti i soci.

Immagine profonda di M31 in cui sono ben visibili le strutture esterne al disco

Oggetti come Pisces VII/Triangulum III sono fuori dalla portata di qualsiasi strumentazione ottica amatoriale, salvo che non si possegga uno strumento sui 2 metri di diametro. Nonostante stia monitorando la regione con le mie ottiche, Pisces VII è stata registrata appena come minuscola stella sfocata in immagini ultraprofonde, oggettivamente impossibile da riconoscere come tale anche usando larghi diametri. I nuovi satelliti di M31 vanno cercati esclusivamente nei dati professionali. Questa è un’attività parallela alla raccolta immagini sul campo con la mia strumentazione, spesso per eseguire confronti o per individuare i target da analizzare nel dettaglio. Chi creda che sia un compito facile, è molto fuori strada e dobbiamo evitare di far passare il fuorviante messaggio che basti sbirciare nei dati pubblici per fare una nuova scoperta. In sintesi: vanno scaricati i dati, elaborati e poi analizzati per cercare possibili candidati. Ammesso che si riesca a trovare qualcosa tra centinaia di falsi positivi, bisognerà poi verificare che si tratti veramente di un possibile satellite, perciò il candidato andrà osservato con strumenti migliori per le necessarie operazioni di follow-up. I dati saranno quindi utilizzati dagli specialisti per caratterizzare l’oggetto e, se confermato, saranno infine pubblicati in una rivista professionale.

Come si evince, il processo che porta a una scoperta non è un iter così immediato ed è un lavoro di equipe. Per arrivare a scovare Pisces VII (estesa sui 60 arcsec) ho passato in rassegna circa 600 gradi quadrati di cielo in “pezzetti” da 20×20 arcmin. Ho svolto, comunque, quello che avrebbe fatto qualsiasi astronomo professionista, ma da astrofilo. Questo modus operandi non è una “furbata” come qualcuno avrà pensato apprendendo la notizia, ma è la regola nella ricerca scientifica professionale. Se Pisces VII non l’avessi trovata io, l’avrebbe fatto qualcun altro e l’avrebbe studiata un altro gruppo: anche nella scienza vince chi arriva prima. In questi casi è facile cadere negli inganni dell’effetto Dunning-Kruger e dell’iceberg. Molti sono portati a vedere la cima emersa dell’impresa ma ben pochi colgono i sacrifici e l’impegno profuso, a iniziare dallo studio di base con anni di letture. Non scopriamo nulla senza conoscere profondamente quello che vogliamo cercare.

Allo studio ha collaborato un team internazionale di ricerca, segno che dalla sinergia tra astrofili e astronomi nascono grandi risultati scientifici. Qual è stato il ruolo dei membri del team?

Nessun gruppo si mette insieme per caso ma spesso circostanze imponderabili permettono di riunire le persone giuste e le varie competenze. C’è un’ottima sinergia tra me, il Dr. David Martinez-Delgado (ora presso l’Instituto de Astrofísica de Andalucía CSIC a Granada) e il Dr. Walter Boschin (Fundación G. Galilei – INAF, TNG – IAC a La Palma). C’è da dire che David conosce bene il nostro ambiente ed è consapevole delle potenzialità che gli astrofili possono esprimere operando nei canoni di scientificità. Non è facile per un astronomo amatoriale farsi accettare dai professionisti e, in generale, molti evitano di averne contatto, spesso per motivi condivisibili che non stiamo qui a specificare. Tuttavia, con la reputazione di persone preparate e affidabili, la collaborazione Pro-Am può essere produttiva poiché gli astrofili, essendo privi di pressioni accademiche, possono svolgere compiti che i professionisti di solito non possono e non perdere nulla. Ben pochi si sarebbero avventurati negli archivi o impegnati in ultra-deep imaging dall’esito molto incerto dopo centinaia di ore. Il tipico astrofilo, ancorato a una visione anacronistica, rischia di non cogliere questa opportunità di crescita. Di fatto, con questi ritrovamenti produco lavoro per gli astrofisici che per mestiere sono obbligati a pubblicare studi scientifici. Ciò nonostante è in questi frangenti che si avverte maggiormente la differenza tra professionisti e non, sia nei modi sia nella sostanza. Molto ho imparato in questi anni grazie a tale connubio. Scopri il talento e la specializzazione che alcuni hanno in specifici settori di studio ed è per questo motivo che un articolo scientifico è, di norma, firmato da un certo numero di autori.

Nello specifico, per lo studio di Pisces VII, oltre ad aver fornito “la materia prima” con la scoperta del candidato satellite di M31, ho curato la preparazione delle immagini pubblicate (e decine di prove), sistemato alcune figure e scritto qualche passaggio del testo. Una volta appurato che il candidato era certamente una galassia nana, dovevamo stabilirne la distanza. Questo si determina mediante l’analisi del Diagramma Colore/Magnitudine (CMD) per ottenere il modulo di distanza. Pur essendo un evidente oggetto vicino, con i dati del sondaggio DECaLS utilizzati per il ritrovamento (eseguito dal Blanco Telescope di 4m sul Cerro Tololo in Cile mediante la DECam da 570MP), non si poteva ottenere una fotometria efficace. La pandemia aveva inoltre rallentato le attività in tutti i grandi Osservatori, quindi ci siamo rivolti al Telescopio Nazionale Galileo (TNG) da 3,58m con cui Walter ha ottenuto delle immagini utilizzando il tempo discrezionale del direttore, il Dr. Ennio Poretti che ringraziamo.

Pisces VII, un nuovo membro del Gruppo Locale, mostrata in un confronto tra le immagini della Sdss e DECaLS dove è stata trovata. Come si evince, tale oggetto è già molto difficile per un telescopio di 2 metri, rendendo di fatto impossibile il reperimento con strumentazione amatoriale.

Grazie alle buone condizioni meteo sul Roque de los Muchachos, il 17 novembre 2020, il TNG ha fornito squisiti dati fotometrici con cui due dottorande, Noushin Karim ed Emily J. E. Charles, sotto la guida di Michelle L. M. Collins (Physics Department, University of Surrey in Inghilterra), hanno ricavato il CMD, confermando che la nana è certamente nel Gruppo Locale e nella regione di M31. Matteo Monelli (Instituto de Astrofísica de Canarias) ed Emilio J. Alfaro (Facultad de Física, Universidad de La Laguna a Tenerife), si sono occupati degli aspetti morfologici e strutturali del nuovo oggetto.

Stimata alla distanza di 820 kpc, è emerso che poteva anche essere un satellite di M33. Nei prossimi mesi cercheremo di confermarlo con nuovi dati.

Perché è importante censire e studiare le galassie nane?

Per gli astronomi galattici il Gruppo Locale è un laboratorio pressoché perfetto per indagare le galassie nane che, oltre ad essere le più comuni nell’universo, sono anche antichissime. Il Gruppo Locale comprende tre spirali, due ellittiche, nove irregolari (comprese le due Nubi di Magellano) e almeno 70 galassie nane ellittiche, irregolari, sferoidali e UFD come Pisces VII. Per comprendere veramente l’Universo gli scienziati devono studiare tale popolazione di “mattoni fossili” con cui si sono assemblate le galassie più grandi e per farlo è necessario un inventario quanto più completo. Non è così facile come potrebbe sembrare e scoprire nuovi satelliti diventa sempre più difficile perché si mostrano come evanescenti fantasmi ben nascosti nel fondo cielo. È molto improbabile che ci siano altri grossi satelliti intorno a M31-M33. La maggioranza dei membri deve essere di debolissima luminosità ed è molto difficile trovare UFD alla distanza di M31, mentre esse svaniscono del tutto a distanze di poco superiori a 1Mpc (3,26 milioni di anni luce). Per tale motivo la scoperta di Pisces VII è considerata molto importante.

La popolazione delle galassie nane è di grande interesse per la cosmologia, la fisica fondamentale e l’astrofisica. Sono inoltre gli oggetti più dominati dal collante costituito dalla materia oscura e contengono le popolazioni stellari più antiche e più povere di metalli. Le particelle di materia oscura non sono mai state osservate in laboratorio e tutto quello che sappiamo deriva dalle osservazioni astronomiche per via della gravità esercitata sulla materia ordinaria. Se gli astronomi vogliono saperne di più sugli aloni di tale misteriosa sostanza, devono porre attenzione alle galassie nane locali e vedere come si relazionano con quelle maggiori. Dalle loro interazioni possiamo avere informazioni cruciali.

Un inedito confronto tra Donatiello I e Pisces VII così come riprese nelle immagini del Telescopio Nazionale Galileo – TNG (FoV 8.6×8.6 arcmin). Elaborazione dai dati grezzi di Giuseppe Donatiello, scopritore di entrambe.

Sei il primo astrofilo al mondo ad avere una galassia che porta il tuo nome e il secondo italiano – dopo Paolo Maffei – ad aver scoperto due galassie. Che emozione si prova a detenere questi titoli?

I primati son fatti per essere battuti, ma i miei sono “assoluti” e saranno sempre un riferimento che rimarrà. Sapevo che con Donatiello I creavo un precedente e che ci sarebbero state delle reazioni. Con molta correttezza mi è stato chiesto come volessi nominare l’ultima scoperta e senza esitazione ho espresso la volontà di seguire l’ormai farraginosa nomenclatura per gli oggetti di quel tipo. Paradossalmente, proseguendo la serie sarebbe stato tutto più semplice, nondimeno questo dovrebbe far pure intendere che non ci tenga molto… Per altre galassie Donatiello ci sarà certamente tempo e modo. Per mia scelta, riceveranno tale designazione solo gli oggetti semmai scoperti fuori dal Gruppo Locale e unicamente entro i confini del Foglio Locale (circa 6Mpc).

Il momento della scoperta è comunque molto emozionante. Quando leggi il tuo nome negli Atlanti e pubblicazioni scientifiche, capisci di aver fatto qualcosa d’importante e utile per la conoscenza. Ricordiamo che in questi anni ho anche aggiunto, con scarsa pubblicità, quattro candidate nebulose planetarie (DoS 1/PN-G 238.8+00.9, DoS 2/PN-G 241.0+03.1, DoS 3/PN-G 285.1-06.8, DoS 4/PN-G 045.0-21.9) e un oggetto problematico (DoS Ob1). In tali situazioni è difficile esternare le proprie emozioni perché non è chiaro dove si collochi quella zona grigia in cui la tua legittima soddisfazione diventa immodestia agli occhi degli altri, oppure dove l’entusiasmo per i tuoi studi rischia di essere percepito come ostentazione. Per tale ragione non parlo volentieri degli aspetti emotivi. Presumo che la stessa sensazione la provasse pure il Prof. Maffei, però lui era un astronomo.

Anche le scoperte sono figlie dei tempi e galassie come quelle che ho trovato sarebbe stato impossibile scoprirle con la tecnologia basata sulle lastre fotografiche, infatti Maffei I e II (con Dwingeloo 1, appartenente allo stesso gruppo) restano tra le ultime grandi galassie scoperte fuori dal Gruppo Locale ed è improbabile che ne vengano fuori altre.

Maffei I e II sono tra le ultime grandi galassie scoperte fuori dal Gruppo Locale, poco più di mezzo secolo fa dal Prof. Paolo Maffei, qui in un’immagine ottenuta con dati del satellite infrarosso WISE da Giuseppe Donatiello. Questi due oggetti sono fortemente oscurati dalle polveri presenti vicino al Piano Galattico.

Giacché siamo in tema di statistiche, escludendo gli astronomi del Settecento, in epoca contemporanea due galassie le ha scoperte anche il leggendario David Malin (Malin 1 e 2). Poi ci sono un certo numero di scoperte condivise.

In ogni caso il numero è irrilevante e conta di più il peso scientifico di una scoperta, come abbiamo visto. Rimarrà un primato assoluto che Pisces VII sia il primo membro del Gruppo Locale scoperto da un astrofilo, storicamente è però la seconda scoperta “italiana” tra tali oggetti. L’astronomo siciliano Giovan Battista Hodierna, intorno al 1654, riportò infatti l’osservazione di un oggetto identificabile con M33, un secolo prima di Messier e tre prima delle scoperte di Maffei. Tutti conoscono Charles Messier, ma ben pochi sanno qualcosa di quest’astronomo siciliano, precursore dell’astronomia deep-sky, al quale intitolerei la specifica sezione UAI!


Link ai paper specialistici pubblicati su arXiv.org della Cornell University

Hidden Depths in the Local Universe: the Stellar Stream Legacy Survey

https://arxiv.org/abs/2104.06071

Pisces VII: Discovery of a possible satellite of Messier 33 in the Dark Energy Survey

https://arxiv.org/abs/2104.03859