Misure di asteroidi con tecniche di alta risoluzione

Abstract

L’argomento principale di questa tesi consiste nell’analisi di osservazioni di asteroidi effettuate mediante il telescopio nazionale Galileo situato nell’isola di La Palma, nell’arcipelago delle isole Canarie, effettuate mediante tecniche di ottica adattiva e speckle interferometry. Lo scopo è quello di dimostrare come il costante miglioramento dei rivelatori e dei sistemi ottici dei moderni telescopi renda oggi possibile effettuare misure dirette delle dimensioni angolari apparenti di oggetti che fino a pochi anni fa restavano al di là del potere risolutivo dei migliori telescopi basati a Terra. Questo permette oggi di ottenere misure dirette delle dimensioni e delle forme complessive per un campione via via crescente di oggetti sufficientemente grandi e brillanti. Tutto ciò permette di calibrare efficacemente le misure di diametro ottenute in passato per un vasto campione di oggetti sulla base dei risultati di tecniche indirette e soggette a considerevoli errori. Esiste inoltre sempre la possibilità, utilizzando tecniche evolute di imaging remoto, di poter risolvere possibili sistemi binari, come già avvenuto in diversi casi in questi anni. Lo studio delle caratteristiche dinamiche e fisiche degli asteroidi riveste un ruolo fondamentale per comprendere la formazione e l’evoluzione del nostro sistema solare, e dei sistemi planetari extrasolari. Gli asteroidi, e più in generale i corpi minori del sistema solare (comete, oggetti transnettuniani) sono molto importanti per diversi motivi: innanzitutto le più recenti teorie interpretano i piccoli corpi come residui in larga misura intatti dei planetesimi progenitori dei pianeti che oggi osserviamo. Il loro studio permette dunque di ricavare informazioni sulle proprietà fisiche del disco protoplanetario che ha dato origine al sistema solare, e che si ritiene sia in generale presente quando un sistema planetario si forma intorno ad una stella. Inoltre, la parentela tra i corpi minori e le meteoriti è fondamentale per la comprensione della loro origine ed evoluzione fisica e dinamica. Gli asteroidi, in particolare, sono interessanti da molti punti di vista. Essi sono oggetti di transizione tra la regione dei pianeti rocciosi e quella dei pianeti gassosi, e sono anche oggetti di transizione da corpi aventi una struttura determinata essenzialmente dalle forze di stato solido, a corpi suf- ficientemente massicci per i quali l’autogravitazione inizia a giocare un ruolo predominante. Bisogna poi ricordare che esistono asteroidi con orbite che possono intersecare quella terrestre, con un conseguente pericolo d’impatto. Essendo piccoli (il più grande di essi, Cerere, raggiunge a malapena i 1000 km di diametro, ma la stragrande maggioranza della popolazione non arriva a 50 km) e poco luminosi, gli asteroidi sono relativamente difficili da osservare, e la conoscenza che abbiamo di molte delle loro proprietà fisiche, anche quelle più fondamentali, è in gran parte sommaria, essendo dedotta per lo più dai risultati di tecniche indirette; l’applicazione delle tecniche di osservazione ad alta risoluzione, divenuta possibile solamente in tempi relativamente recenti, apre nuovi possibilità per quanto riguarda la misura diretta delle dimensioni degli oggetti, e per la scoperta di sistemi binari, come quelli precedentemente trovati mediante esperimenti radar o per mezzo dell’esplorazione diretta mediante sonde spaziali. Questa tesi presenta i risultati di un certo numero di osservazioni di imaging diretto effettuate recentemente al Telescopio Nazionale Galileo. L’analisi dei dati è articolata in tre fasi principali: selezione delle immagini disponibili dell’asteroide e di una stella di riferimento, in base a considerazioni del rapporto segnale rumore; sottrazione del rumore utilizzando opportune immagini di cielo; deconvoluzione del segnale e della cosiddetta Point Spread Function per ricavare l’immagine risolta dell’asteroide. In particolare il problema della deconvoluzione è stato affrontato con due diverse procedure, che sono state poi confrontate tra loro per verificare la stabilità dei risultati ottenuti: una delle due procedure segue un classico metodo di deconvoluzione (metodo di Richardson-Lucy), che partendo dalle immagini osservate dell’asteroide e della stella di riferimento e senza formulare ipotesi a priori sul tipo di immagine asteroidale, effettua la deconvoluzione mediante una tecnica numerica iterativa. La seconda procedura ha come punto di partenza un modello del disco apparente dell’asteroide basato su un’ellisse apparente di luminosità non costante, ma con un effetto di oscuramento al bordo descritto mediante un classico modello di Minnaert. Questa immagine teorica dipende da un certo numero di parametri. Effettuando una convoluzione con una Point Spread Function ricavata dalle osservazioni della stella di riferimento, si ottiene un risultato che va poi direttamente confrontato con l’immagine osservata. Una procedura iterativa permette quindi di convergere ad un set di parametri di partenza (semiassi ed inclinazione dell’ellisse apparente, coefficiente di oscuramento al bordo) che producono un residuo minimo con l’immagine osservata. Sono state analizzate le immagini di sei asteroidi osservati con diversi filtri, e nella maggior parte dei casi le due procedure hanno fornito risutati compatibili. I risultati ottenuti sono apprezzabili, dato che costituiscono un campione importante di oggetti con dimensioni apparenti misurate direttamente. Si è effettuata inoltre la riduzione di un certo numero di dati ottenuti mediante la tecnica della speckle interferometry, sempre al TNG. In questo caso, la procedura di riduzione si è rivelata molto più complessa, ed ha fornito per lo più risultati molto incerti. La ragione di questo parziale insuccesso va imputata probabilmente ad un complesso di circostanze osservative avverse, includendo in ciò delle condizioni di cielo lontane dalle condizioni ideali, e un numero di osservazioni per oggetto spesso insufficiente a fornire un segnale analizzabile in modo soddisfacente. Questo esercizio si è rivelato comunque utile anche in vista di nuovi tentativi in futuro di applicare la camera speckle del TNG allo studio degli asteroidi