Lo studio “Milky-Way-like stars in a galaxy core 8 billion years ago revealed by gravitational lensing”, recentemente pubblicato su Nature Astronomy, ha permesso di determinare con grande accuratezza la cosiddetta funzione di massa iniziale – che descrive la distribuzione in massa delle stelle al momento della formazione – nella regione centrale di una galassia ellittica distante circa 8 miliardi di anni luce da noi, osservata tramite una rara configurazione di quasar “quadruply lensed” nota come croce di Einstein. La lente gravitazionale ha amplificato e distorto la luce del quasar, consentendo di analizzare con precisione la popolazione stellare del nucleo galattico. Al lavoro del team di ricerca, guidato da Quirino D’Amato ricercatore dell’INAF – Istituto di Astrofisica e Planetologia Spaziali di Roma, ha partecipato anche l’INAF – Osservatorio Astronomico d’Abruzzo.

Lo studio ha rivelato che il nucleo galattico presenta una funzione di massa iniziale simile a quella della Via Lattea, a indicare che la distribuzione delle masse stellari, contrariamente a quanto ipotizzato in alcuni scenari che prevedono una prevalenza di stelle di piccola massa, non è dominata da stelle di piccola massa. Questo rende la scoperta di rilevanza straordinaria, poiché fornisce vincoli importanti sui modelli di formazione stellare nelle galassie ellittiche massicce ed è fondamentale per comprendere come si siano evolute le strutture cosmiche.

Il raggiungimento di una precisione senza precedenti per galassie così lontane è stato possibile grazie alla combinazione di strumenti avanzati: lo spettrografo ERIS (installato sul Very Large Telescope-VLT dell’ESO), che con le sue ottiche adattive ha permesso di ottenere immagini ad alta risoluzione; lo strumento DOLORES (al Telescopio Nazionale Galileo-TNG dell’INAF) che ha permesso di acquisire dati spettroscopici fondamentali per determinare il redshift (lo spostamento verso il rosso, che ne indica la distanza) della galassia-lente.

Tra gli autori dello studio c’è Elisa Portaluri, prima tecnologa dell’INAF d’Abruzzo, impegnata nello sviluppo di metodi d’avanguardia per la ricostruzione della Point Spread Function (PSF) — ovvero la risposta strumentale — in sistemi di ottica adattiva. In particolare, l’approccio si basa sui dati di telemetria, ossia quelli raccolti dai sensori e dai comandi dello specchio deformabile, senza ricorrere direttamente alle immagini del telescopio. Si tratta di una tecnica particolarmente promettente per lo studio di galassie molto lontane, dove non sono disponibili stelle di riferimento.

“I dati di ERIS rappresentano un’opportunità preziosa per testare e affinare queste tecniche innovative”, commenta Portaluri. “Questo lavoro, oltre allo straordinario risultato scientifico, ci permette di comprendere meglio i requisiti per una ricostruzione accurata della PSF, evidenziando al tempo stesso le sfide ancora aperte e preparandoci all’utilizzo di questi metodi su strumenti di nuova generazione come MICADO, destinato al telescopio ELT”.

Non solo il lavoro scientifico e tecnologico, ma anche il contesto educativo ha giocato un ruolo centrale. Elisa Di Carlo, ricercatrice dell’INAF d’Abruzzo e tra gli autori dell’articolo, ha coordinato lo stage osservativo degli studenti vincitori della prima edizione del concorso “Giovani Astronomi al TNG”, che hanno contribuito all’acquisizione dei dati spettroscopici utilizzati nello studio. I sei studenti del liceo di Telese Terme (Benevento), guidati dal docente Antonio Pepe e dal tutor Vincenzo Testa primo ricercatore dell’INAF OA-Roma, hanno portato a termine il loro progetto osservativo, che prevedeva la caratterizzazione spettroscopica a bassa risoluzione delle candidate lensed quasar nella Release Gaia DR3, durante due notti osservative al TNG organizzate da Gloria Andreuzzi prima ricercatrice dell’INAF OA-Roma e responsabile del concorso per il TNG.

“L’aver consentito agli studenti di partecipare attivamente ad un progetto di frontiera, a cui hanno contribuito concretamente con l’acquisizione di dati spettroscopici, non fa che avvalorare l’importanza e il grande impatto educativo del concorso”, afferma Di Carlo, responsabile SAIt del concorso. “La sinergia tra formazione, ricerca scientifica di punta e strumenti d’eccellenza come ERIS con le sue ottiche adattive e DOLORES, dimostra come iniziative educative mirate possano contribuire a generare risultati scientifici di alto livello e stimolare nuove generazioni di astronomi”.

Ulteriori informazioni:

• Leggi il comunicato stampa dell’INAF
• Leggi l’articolo su Nature Astronomy “Milky-Way-like stars in a galaxy core 8 billion years ago revealed by gravitational lensing” di Q. D’Amato, F. Mannucci, et al.

Immagine di copertina: Schema che mostra come si forma una croce di Einstein, usando come modello J1453g. La luce emessa da un quasar distante (in ciano) viene deviata dal campo gravitazionale di una galassia (in rosso), che si trova tra il quasar e la Terra. A causa di questa deflessione, i raggi luminosi convergono verso la Terra, producendo immagini multiple dello stesso quasar. Quando l’allineamento tra sorgente, lente e osservatore è particolarmente preciso, queste immagini appaiono disposte in una configurazione a croce attorno alla galassia centrale. Crediti: Quirino D’Amato