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Gaia a caccia di asteroidi

dettaglio della mappa integrasle di asteroidi osservati da Gaia (vedi immagine completa nell'articolo)
dettaglio della mappa integrasle di asteroidi osservati da Gaia (vedi immagine completa nell'articolo) Credits: ESA/Gaia/DPAC/CU4, L. Galluccio, F. Mignard, P. Tanga

In otto mesi il satellite astrometrico europeo ne ha osservati ben 50000, soprattutto nella fascia principale.

 La missione europea GAIA, partita quasi 20 mesi fa, continua il suo silenzioso ma importantissimo lavoro che non si limita solo al "censimento galattico" di oltre 1 miliardo di stelle, ma anche all'osservazione di fenomeni transienti e di oggetti in rapido movimento, tra cui gli asteroidi.

 Gaia osserva oggetti su tutto il cielo, senza sapere in anticipo dove si trovano. Tuttavia, quando una sorgente è osservata più volte, l'elaborazione iniziale dei dati iniziale (IDT, un sofisticato software che elabora i dati trasmessi dal satellite, sviluppato all'Università di Barcellona) ha il compito di raggruppare molteplici osservazioni della stessa sorgente. Questo "cross-matching" prevede il confronto delle posizioni registrate da Gaia: se si osservano consecutivamente due oggetti che, entro l'area di incertezza, occupano la stessa posizione sul cielo, essi sono riconosciuti come unico oggetto; gli asteroidi, però, sono sempre in movimento e questo sistema non funziona! Anche se si muovono piuttosto lentamente (tipicamente, un asteroide nella fascia principale impiega un paio di giorni per spostarsi lungo il diametro della Luna), il moto risulta abbastanza veloce per Gaia (diversi pixel durante un singolo transito sul piano focale). Come risultato, Gaia non vede mai un asteroide nello stesso posto, e il "cross-matching" descritto sopra lascia queste rilevazioni come "orfane" che non si ripetono nel tempo. Tali "mancate corrispondenze" sono analizzate presso il centro elaborazione dati CNES (Tolosa, Francia), tramite il software scritto da diversi astronomi europei sotto il coordinamento di P. Tanga (Observatoire de la Côte d'Azur, Francia). Il primo compito di questo software è l'identificazione di asteroidi noti che può avvenire solo confrontando la posizione degli "orfani" con le previsioni fornite da un modulo software specifico. I dati di riferimento, in questo caso, sono le orbite di asteroidi noti (dell'ordine di centinaia di migliaia di oggetti), che vengono utilizzati per calcolarne la posizione (effemeridi).

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Mappa del cielo in coordinate equatoriali con le posizioni osservate per gli asteroidi osservati da Gaia; i colori indicano la discrepanza tra le posizioni osservate e quelle previste. Credits: ESA/Gaia/DPAC/CU4, L. Galluccio, F. Mignard, P. Tanga (Observatoire de la Côte d'Azur)

 La procedura è stata implementata nella sequenza di elaborazione di J. Berthier (IMCCE) e collaboratori ed è stata applicata in modo indipendente (di F. Mignard e L. Galluccio, OCA, Francia) su otto mesi di dati di Gaia e su un campione di 50.000 asteroidi per testare la sua efficienza di rivelazione e per ottenere un assaggio delle prestazioni nell'identificazione asteroidi. L'immagine qui sopra è uno dei risultati di questo test e mostra dove Gaia ha visto gli asteroidi nel cielo. Il sistema di coordinate è equatoriale, il che implica che l'eclittica (il piano orbitale della Terra e della maggior parte degli oggetti del sistema solare) appare inclinato rispetto all'equatore celeste, seguendo il percorso sinusoidale su cui appaiono concentrarsi gli asteroidi.

 Un totale di 418.000 osservazioni di Gaia, durante tale periodo, sono state associate con successo ad uno degli asteroidi del campione, un numero molto vicine alle aspettative. Il colore dei punti è legato alla precisione di identificazione, ovvero la distanza tra la posizione rilevata da Gaia e quella predetta dal calcolo delle effemeridi. Per la maggior parte degli asteroidi, l'identificazione funziona bene (entro pochi decimi di secondo d'arco), ma per gli altri, la cui orbita è poco conosciuta, l'identificazione può diventare difficile e richiede ulteriori elaborazioni. È interessante notare che il grafico mostra chiaramente due regioni di colori misti, diametralmente opposte, in cui grandi errori sembrano essere più frequenti. In effetti, in quelle regioni l'eclittica incrocia il piano galattico; la zona rossastra, dove le discrepanze sono più gravi, è non lontana dalla regione più densa, presso il centro della Via Lattea. In effetti, l'alta densità stellare di quella regione complica il "cross-matching" e un numero maggiore di stelle rimangono "orfane", venendo erroneamente considerate come asteroidi. Dato che le loro posizioni corrispondono a quelle di asteroidi previsti solo per caso, le corrispondenze presentano grandi discrepanze. Questa perdita di efficienza in settori circoscritti ed estremamente affollati di stelle è un effetto atteso; di fatto, sia le statistiche che l'analisi di campioni di singoli oggetti mostrano che Gaia è molto efficiente nel rilevamento degli asteroidi, e si prevede che durante la missione l'intera popolazione (fino alla magnitudine limite dello strumento) verrà osservata, a meno di una piccola percentuale di incompletezza.

 

Riferimenti:
- http://www.cosmos.esa.int/web/gaia/iow_20150731

- http://www.cosmos.esa.int/web/gaia/iow_20150717

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Marco Di Lorenzo (DILO)

Sono laureato in Fisica e insegno questa materia nelle scuole superiori; in passato ho lavorato nel campo dei semiconduttori e dei sensori d'immagine. Appassionato di astronautica e astronomia fin da ragazzo, ho continuato a coltivare queste passioni sul web, elaborando e pubblicando numerose immagini insieme al collega Ken Kremer. E naturalmente amo la fantascienza e la fotografia!

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