La scienza di SPICA

SPICA sarà un’ osservatorio astronomico unico che coprirà l’ampio intervallo spettrale 12-350 μm, progettato per misure profonde e a largo campo in spettroscopia, fotometria e polarimetria. Raggiungerà una sensibilità spettroscopica dell’ordine di 5×10^-20 W/m^2 (1 hr., 5 sigma), due ordini di grandezza migliore di Spitzer e Herschel, consentendo per la prima volta un’esplorazione fisica (utilizzando la spettroscopia) dell’Universo nascosto nell’infrarosso.

Le principali domande di astrofisica a cui SPICA sarà in grado di rispondere includono:

  • Qual’è il ruolo della formazione stellare, quello dell’accrescimento su, e quello del feedback dai buchi neri centrali e dalle supernove nel plasmare l’evoluzione delle galassie nel tempo cosmico?
  • Come vengono prodotti e distrutti metalli e polvere nelle galassie? Qual’è il ciclo della materia all’interno delle galassie e tra i dischi galattici, gli aloni e il mezzo intergalattico?
  • In che modo le nubi di gas primordiali collassarono nelle prime galassie e nei buchi neri?
  • Qual è il ruolo dei campi magnetici nell’innesco e nella regolazione della formazione stellare nella Via Lattea?
  • Quando e in che modo il gas evolve dai dischi primordiali ai sistemi planetari emergenti?
  • Come evolvono i ghiacci e i minerali durante la formazione planetaria, come semi di sistemi planetari?
  • Le righe IR, in regioni oscurate da polvere cosmica, tracciano i processi fisici all’origine dell’emissione e da cui ricostruire l’evoluzione delle galassie.

    Densità del tasso di formazione stellare (SFR) delle galassie stimata dalle survey fotometriche del lontano UV (punti blu) e del lontano IR (punti rossi) (adattato da Madau e Dickinson 2014). Si vede un fattore 10 tra le due stime, da cui si conclude che l’ottico/UV è inadeguato per queste misure. La densità di accrescimento su Black Holes (BHAR, moltiplicata per 3300) è mostrata per confronto (fascia verde dai raggi X e blu dall’IR). Per redshift sopra z = 2, esistono pochissimi dati IR sulla densità di SFR, rendendo la sua determinazione piuttosto scarsa. La spettroscopia IR con SPICA farà misure accurate fino a z~4 e la fotometria fino a z~6.
    Rapporti di righe IR misurate in galassie locali (AGN, LINER, galassie “Starburst” e galassie nane) sensibili alla ionizzazione sono confrontati con i modelli di fotoionizzazione. Queste righe IR separano le galassie attive (AGN) dalle galassie dominate da formazione stellare (“Starburst”) ed anche dalle galassie nane a bassa metallicità (“blue compact dwarfs”).
    Questo potente diagramma è analogo al BPT ottico (Baldwin, Phillips & Terlevich, 1981), ma “copre” anche le basse metallicità e soprattutto funziona in ambienti oscurati, che caratterizzano la maggior parte del periodo cosmico dell’evoluzione delle galassie (tra z~1 e z~4).
    Documenti rilevanti su SPICA

    La descrizione aggiornata della missione SPICA e dei suoi strumenti SAFARI, POL ed SMI si può trovare in SPICA – a large cryogenic infrared space telescope Unveiling the obscured Universe by Roelfsema et al. 2018, PASA, in press.

    La descrizione aggiornata dello strumento Mid-infrared Instrument (SMI) si può trovare su: SPICA Mid-infrared Instrument (SMI): technical concepts and scientific capabilities by Kaneda et al., 2016SPIE.9904E..2IK

    La Special Issue Exploring Astronomical Evolution with SPICA , annunciata nel Cambridge Core blog il 4 ottobre 2017, è una collezione di white paperspubblicata sulle Publications of the Astronomical Society of Australia (PASA) ed i contributi sono anche reperibili singolarmente:

  • Galaxy Evolution Studies with the SPace IR Telescope for Cosmology and Astrophysics (SPICA): The Power of IR Spectroscopy by Spinoglio et al., 2017PASA…34…57S
  • Feedback and feeding in the context of galaxy evolution with SPICA: direct characterization of molecular outflows and inflows by González-Alfonso et al., 2017PASA…34…54G
  • SPICA and the Chemical Evolution of Galaxies: The Rise of Metals and Dust by Fernández-Ontiveros et al., 2017PASA…34…53F
  • Tracing the evolution of dust obscured star-formation and accretion back to the reionisation epoch with SPICA by Gruppioni et al., 2017PASA…34…55G
  • Unbiased large spectroscopic surveys of galaxies selected by SPICA using dust bands by Kaneda et al., 2017PASA…34…59K
  • Probing the baryon cycle of galaxies with SPICA mid- and far-infrared observations by van der Tak et al., 2018PASA…35….2V
  • Si allega infine la presentazione del programma di Galaxy Evolution, all’EWASS 2017 di Praga  Galaxy Evolution with the future SPICA telescope by Luigi Spinoglio (IAPS-INAF, Roma)