Quasar APM 08279+5255

[Paolo]

Il quasar APM 08279+5255 (su simbad QSO J0831+5245) brilla di magnitudine V 15.2 ma e' situato ad una distanza di 7.2 gigaparsec (circa 23.500.000.000 anni luce). Questo significa che e' un oggetto estremamente luminoso, parliamo di un fattore di quasi 10^15 rispetto al nostro Sole. Con una magnitudine assoluta di -32.2 dovrebbe essere la sorgente ottica piu' luminosa oggi conosciuta. All'interno del nucleo si ipotizza la presenza di un buco nero con una massa 23 miliardi di volte quella del nostro Sole.

Ha un'altra importante caratteristica. Cio' che vediamo da Terra e' abbastanza complesso, si osserva infatti l'effetto di una "lente gravitazionale" generata da una galassia o un gruppo di galassie lungo la linea di vista. Le osservazioni in alta risoluzione del telescopio spaziale (HST) hanno permesso di identificare tre distinte sorgenti con un analogo contenuto spettrale. La luce del quasar attraversa quindi una distribuzione di materia che oltre a "piegare" la luce, opera alcuni assorbimenti nello spettro.

Questa osservazione e' da considerarsi un test in quanto la serata non era ottimale a causa della presenza della Luna quasi piena nelle vicinanze e di un certo grado di turbolenza. Entrambi sono responsabili di un peggioramento del rapporto s/r. Cio' nonostante le pricipali caratteristiche spettrali sono apprezzabili, compreso uno stretto assorbimento operato dal magnesio Mg II.

Il profilo (filtrato):

Per quanto visto prima, lo spettro risultante e' un mix di emissioni e assorbimenti con sovrapposizione di intervalli spettrali. Infatti non tutte le righe mostrano lo stesso redshift in quanto si originano anche nella materia lungo la linea di vista. Le righe del quasar registrate in questo spettro sono dovute alle transizioni ad alto livello di ionizzazione dei metalli come l'azoto N V e il carbonio C IV. Nei quasar solitamente si presenta anche la riga dell'idrogeno Lyman-alfa in emissione, in questo caso pero' e' assai attenuata da un fenomeno di autoassorbimento (prevalente rispetto all'emissione).

Lo spostamento dello spettro verso il rosso per effetto Doppler e' mostruoso! Al confronto, per il quasar (o meglio AGN) B3 0754+394 osservato tempo fa, il redshift era davvero "modesto" con la riga H-alfa che passa da 6563 A a circa 7190 A:

Per il quasar APM 08279+5255 le cose sono assai diverse. La riga H-alfa e' "catapultata" nella banda MWIR dell'infrarosso sui 3.2 micron (32000A) ed e' quindi invisibile. Nel nostro spettro ottico finisce invece la luce ultravioletta che normalmente (senza Doppler) sarebbe bloccata dalla nostra atmosfera.

Troviamo allora le righe (allargate dal gas in veloce espansione) N V 1240, C IV 1549 e la Lyman-alfa 1216 con un redshift z ~ 3.87 (nel profilo sono evidenziate in rosso).

Gli assorbimenti della Lyman-alfa (autoassorbimento) appena sotto i 5000A e del Mg II sul lato rosso dell'emissione N V hanno un redshift non correlato con quello del quasar (z=3.07 e z=1.18 rispettivamente) e dovrebbero essere dovuti a vari "assorbitori" lungo la linea di vista.

L'argomento merita di essere approfondito e, come dicevo, anche l'osservazione dovrebbe essere ripetuta in condizioni migliori. Tra l'altro e' un target molto adatto ad essere ripreso con lo Star Analyser ed un telescopio di medie/grosse dimensioni in quanto la zona in cui si trova e' povera di stelle (per oggetti deboli e' mandatorio). In ogni caso questa e' stata una esperienza davvero interessante. A mio avviso anche catturare la sua immagine in una in una classica fotografia e' molto affascinante. Appare come una stella tra le stelle (a noi vicine) ma si tratta del corpo celeste piu' lontano che probabilmente abbiamo mai osservato!

Le sue coordinate (J2000):
AR 08 31 41.70
DEC +52 45 17.5
(costellazione della Lince)

Paolo

[Paolo Maria Ruscitti]

Quando si parla di oggetti così straordinari a me viene sempre la pelle d'oca! La tua osservazione è ricca di spunti di discussione ed è particolarmente impressionante l'entità del red shift ed il discorso delle righe nell'ultravioletto che sono talmente spostate verso lunghezze d'onda maggiori da finire nello spettro! Quante cose ci vengono rivelate da una "strisciata seghettata" sul sensore della tua CCD.
Forse è ora di tirar fuori lo SA che ho nel cassetto per fare un bel poster: immagine nell'ottico e spettro.
Per concludere potresti spendere delle parole per illustrare la metodologia che utilizzi per la calibrazione dello spettro per oggetti di questo tipo?
Grazie!

[Marco Di Lorenzo]

Paolo, l'analisi che hai effettuato è affascinante ed è incredibile che tu sia riuscito a registrare lo spettro di un oggetto così remoto!
Non capisco un paio di cose:
1) Se il red shift è quello riportato da Simbad (3.07) come fai a vederne uno maggiore (incertezza permettendo)? Eventuali assorbitori frapposti tra noi e la sorgente dovrebbero comunque essere più vicini ed avere uno z minore...
2) Come hai calcolato la distanza? sospetto che tu non ti riferisca alla distanza al momento dell'emissione del segnale, poichè questa non può essere superiore al raggio dell'universo in anni luce (approssimativamente, l'inverso del tempo di Hubble)... sospetto che tu abbia calcolato la distanza attuale. E' giusto?

[Paolo]

Grazie ad entrambi per l'apprezzamento! Rispondo subito a Marco, poi mostro gli ausili per la calibrazione dello spettro.

Il redshift riportato da Simbad e' stato aggiornato a 3.911 non molto tempo fa e si basa, se ricordo bene quanto ho letto, su recenti misure di righe molecolari e di altre righe di spettri in alta risoluzione. Il redshift piu' noto (da spettri professionali) di questo oggetto e' 3.87, valore con cui lo spostamento delle righe che nelle etichette del profilo ho riportato in rosso sono abbastanza in linea. I valori di z 3.07 e 1.18 sono, come giustamente intuisci, operati da materia piu' vicina e con velocita' di recessione minore (la riga a z=1.18 si ipotizza sia generata dal corpo che fa effetto lente). La differenza tra z=3.911 e 3.87 potrebbe essere dovuta alle diverse zone emittenti ma sempre parte dello stesso sistema. Tieni conto comunque che l'interpretazione dello spettro del quasar e' complicato da una marea di assorbimenti, generati durante il lunghissimo cammino dei fotoni, che potrebbero impattare sul "baricentro" delle righe stesse.

Circa la distanza, non l'ho calcolata (so che intervengono fattori molto complessi), ho semplicemente riportato i numeri di wikipedia (spero di aver fatto bene le conversioni):

http://en.wikipedia.org/wiki/APM_08279+5255

Paolo, e' una buona idea quella di fare una ripres con lo SA100. Chiaramente va messa in conto una lunga integrazione se si usano telescopi non molto grandi (per lo spettro, l'ordine zero e' facilissimo!).

La procedura di calibrazione in effetti e' sempre la stessa. In questo caso gli elementi necessari alla calibrazione in lunghezza d'onda, con i quali si arriva a determinare il polinomio che mette in relazione la distanza in pixel con le lambda, sono disponibili da diverse fonti.

Abbiamo sia le righe note dell'idrogeno della serie di Balmer osservate nella stella di riferimento (necessaria quando prendiamo un qualsiasi spettro), sia quelle della lampada di riferimento (neon) presente all'interno dello spettroscopio. E' possibile fare poi un ulteriore controllo con le righe del fondo cielo (luci artificiali) ben visibili in spettri a bassa risoluzione.

Una volta trovato il polinomio, siamo in grado di calibrare qualunque oggetto dallo spettro piu' "strano"... Con lo SA100 il discorso e' uguale ma target e stella di riferimento vanno preventivamente messi a registro (cioe' le rispettive immagini di ordine zero devono trovarsi sulla stessa coordinata X con la dispersione orizzontale). Chiaramente, con uno strumento senza fenditura, non c'e' uno spettro della lampada di riferimento (a meno che non la metti lontanissimo)!

Le righe del quasar a confronto con quelle della stella di riferimento:

(una bella visualizzazione a colori prodotta con ISIS ed uno script gnuplot di Serge Golovanow)

Le righe della stella di riferimento con quelle della lampada di calibrazione:

Lo spettro della stella di riferimento viene anche impiegato per la calibrazione del flusso luminoso (scala arbitraria in questo caso) passando per la cosiddetta "curva di risposta strumentale".

Queste procedure, impiegando il pacchetto ISIS, sono state descritte nel vecchio topic:

viewtopic.php?f=22&t=2700

Se occorre qualche info specifica sono a disposizione!

A presto,
Paolo

[Marco Di Lorenzo]

...Circa la distanza, non l'ho calcolata (so che intervengono fattori molto complessi), ho semplicemente riportato i numeri di wikipedia

E' come immaginavo, si tratta della distanza propria o co-movente, cioè "al netto" dell'espansione cosmologica; il valore "classico" è 12.05 miliardi di anni luce.

[umberto]

Complimenti Paolo per questa osservazione di questo target così lontano nochè per l'esplicativa relazione a corredo.A presto Umberto

[Paolo]

Ho una nuova osservazione del quasar APM 08279+5255, effettuata con lo spettroscopio aggiornato nel sistema di guida e finalmente senza Luna.

Il campo attorno al quasar e' talmente povero di stelle che nella precedente osservazione dell'11 dicembre non ho trovato alcuna stella nella vista fenditura che fosse adatta per la guida. Per questo motivo ho impiegato il Mak90 (con la camera ASI120MM) montato in parallelo, con tutti problemi per le flessioni differenziali che ne conseguono. Ho dovuto infatti controllare nella Lodestar ed intervenire spesso con il posizionamento della stella guida affinche' il quasar restasse in fenditura durante le riprese.

Con il nuovo upgrade mi sono risparmiato tutto questo. Grazie al maggior campo inquadrato e a una sua migliore visibilita', ho potuto guidare su una stella di circa mag V 13.5 entrata nel sensore non lontano del bordo.

In un frame della Lodestar con 12 sec di esposizione, la mag V limite si aggira sui 16.5. Il frame a posa lunga e' servito per selezionare l'area del sensore per la guida in modo da comprendere quasar e stella guida. La guida e' stata poi attivata con soli 2 sec di esposizione, sufficienti per tenere bloccata la stella di mag V 13.5 mentre il quasar era in fenditura.

Lo spettro risultante (filtrato):

Per fare un raffronto, questo e' lo spettro dello stesso soggetto preso ad Asiago (avranno usato un tempo di integrazione molto piu' breve del mio!):

Rif.: A multi-epoch spectroscopic study of the BAL quasar APM 08279+5255: I. C IV absorption variability. http://arxiv.org/abs/1307.4234

Paolo

[Marco Di Lorenzo]

Paolo, è davvero impressionante confrontare i due spettri! A parte un pò di rumorosità in più (inevitabile data l'enorme differenza di apertura) la somiglianza con lo spettro ripreso da professionisti è evidente, a riprova dell'ottima metodologia di ripresa e di elaborazione... complimenti!