• ottica adattiva
• imaging ad alta risoluzione
• Asteroidi
• speckle interferometry

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.