Considerazioni e interrogativi sul catalogo Hipparcos

luglio 27, 2011  |   AstronomiaNova   |     |   1 Commento

di Rodolfo Calanca

Premessa

La missione Hipparcos, (acronimo di High Precision Parallax Collecting Satellite, Satellite per ottenere parallassi ad alta precisione), fig. 1,  attiva tra il 1989 ed il 1993, è stata la prima missione spaziale europea dedicata all’astrometria. Sono state eseguite misure di parallasse stellare e di moto proprio di oltre due milioni e mezzo di stelle, con una precisione dichiarata di due millesimi di secondi d’arco.

Fig. 1: La sonda Hipparcos

I dati raccolti hanno dato origine al catalogo Hipparcos ed al catalogo Tycho. I dati dei due cataloghi sono stati utilizzati per realizzare il Millennium Star Atlas (Atlante Stellare del Millennio), un atlante di tutto il cielo, che comprende un milione di stelle fino alla magnitudine 11.

Fig. 2: Diagramma H-R. In ascissa sono riportati i doppi valori dell’indice di colore B-V e la classe spettrale. In ordinata: la luminosità (Sole = 1) e la magnitudine assoluta.

I dati di Hipparcos sono considerati fondamentali per l’astrofisica moderna.  Infatti, senza accurate misure di distanza non si può fare astronomia di precisione. Da due secoli è ben noto che quello  della parallasse stellare è l’unico metodo diretto per misurare le distanze delle stelle. Tutti gli altri sono metodi indiretti (spesso affetti da errori molto consistenti)  che si basano sulla parallasse per essere calibrati correttamente.

Un sottoprodotto importante della missione principale di Hipparcos riguarda la fotometria nelle bande  B e V nel sistema fotometrico di Johnson, che consente di risalire alla classe spettrale delle stelle in esame.

Infine,  i dati di Hipparcos ci permettono di classificare le stelle semplicemente inserendole nel cosiddetto diagramma H-R (diagramma di Hertzsprung-Russell), fig. 2, mettendo in ascissa l’indice di colore B-V ed in ordinata la magnitudine assoluta M. Quest’ultima si calcola con la  formula:

M = m + 5 – 5 log d         (1)

Dove m è la magnitudine apparente e d, distanza in parsec. La distanza d (in parsec) di una stella si ricava dal catalogo Hipparcos con la semplice espressione:

d = 1/p            (2)

dove p è la parallasse misurata in secondi d’arco.

Nel diagramma H-R (fig. 2) le stelle si posizionano in regioni ben distinte: la struttura evolutiva predominante è la diagonale che parte dall’angolo in alto a sinistra (dove si trovano le stelle più massicce, calde e luminose) verso l’angolo in basso a destra (dove si posizionano le stelle meno massicce, più fredde e meno luminose), chiamata la sequenza principale. In basso a sinistra si trova la sequenza delle nane bianche, mentre sopra la sequenza principale, verso destra, si dispongono le giganti rosse e le supergiganti.

Le stelle della nostra Galassia di massa inferiore ad una massa solare, (le cosiddette “Nane” della sequenza principale),  sono circa 50 miliardi mentre le stelle “Giganti” sono circa un milione  con un rapporto approssimato di 1 a 50000 (una Gigante ogni cinquantamila stelle Nane).

Quando si eseguono osservazioni al telescopio, sia da terra che in orbita, esiste un effetto di selezione  che riduce sensibilmente tale rapporto; questo è dovuto al fatto che le stelle “Giganti” sono visibili anche a grandi distanze le “Nane” invece, proprio per la loro minore luminosità intrinseca, sono meno percepibili.

Alcuni anni fa, Vittorio Goretti, astrofilo ed astrometrista di grande valore, ha eseguito una verifica su di un campione stellare del catalogo Hipparcos per determinare quale rapporto numerico sussiste fra le “Giganti” e le “Nane”  rosse in esso contenute. Sembrava un’indagine di routine di un astrofilo che intendeva ingannare il tempo in attesa della bella stagione. Invece si sbagliava completamente! Come vedremo, qualcosa di  inatteso emerse, tanto da sollevare seri dubbi sulla correttezza dei dati di parallasse contenuti nel catalogo astrometrico più celebrato dei nostri tempi!

L’indagine

Ecco come procedette Goretti nell’eseguire la sua indagine sulle stelle del catalogo. Per prima cosa, selezionò una zona della volta celeste abbastanza ampia, comprendente circa 2400 stelle. Quest’ area è compresa fra 0h e 01h di Ascensione Retta e fra 0° e + 90° in Declinazione. La zona è  rappresentata nella figura 3.

Di ogni stella Goretti  prese dal Catalogo Hipparcos i valori di magnitudine assoluta e  l’indice di colore B-V. Utilizzò quindi queste informazioni  per costruire un grafico H-R,  con l’ avvertenza di   usare colori diversi per rappresentare le diverse tipologie di stelle (figg. 4 e 5):

- colore blu: stelle con ampi moti propri e pertanto già note e studiate da tempo, prima della Missione HIPPARCOS. Nel catalogo troviamo i valori “noti”, pre-Hipparcos, di parallasse e l’indice di colore;

- colore rosso: sono le stelle rosse (quelle con indice di colore B-V > 1.3),  i cui valori di magnitudine assoluta e di indice di colore B-V sono stati calcolati da Hipparcos;

- colore verde: per tutte le altre stelle di ogni tipo spettrale.

Fig. 3: il fuso di ampiezza 1h in A.R. e che va dal Polo Nord all’equatore, entro il quale sono state raccolti i dati di Hipparcos e che sono serviti a realizzare i diagrammi H-R di fig. 4 e 5.

Nella successiva fig. 5, in particolare è stato ricostruito lo stesso grafico con le sole stelle di colore blu e le stelle di  colore rosso.

Questi diagrammi offrono un quadro chiaro e inequivocabile circa il numero e la distribuzione dei corpi celesti nello spazio preso in esame, stelle fotografate, studiate e quindi catalogate con i dati dedotti dalla Missione Hipparcos.

Alcuni interrogativi e qualche possibile risposta

Dal confronto fra la fig. 5 e la fig. 6 – che rappresenta un grafico HR costruito nel passato con circa lo stesso numero di stelle – si può notare una chiara discordanza.

Nella fig. 5  le stelle con ampi moti propri (in blu) tracciano la sequenza principale, invece le altre stelle (in rosso) prese in considerazione dalla Missione Hipparcos, risultano quasi tutte “Giganti”. Sorge allora una domanda:  ma  le Nane rosse dove sono finite?


Come mai il rapporto “naturale” tra Nane rosse e Giganti, di cui abbiamo parlato sopra,  nel catalogo Hipparcos è completamente stravolto?

Possibile che in una zona di cielo pari ad 1/48° della volta celeste, vi siano  oltre trecento stelle rosse “Giganti” ma nessuna “Nana” rossa?

In base ai più recenti studi di statistica stellari, la distribuzione media dovrebbe invece essere la seguente: 297 Nane rosse circa  e (forse) due/tre Giganti Rosse.

Cos’è successo? Il Catalogo Hipparcos contiene errori macroscopici nei valori delle parallassi stellari?

Probabilmente sì. Si può ipotizzare che  in fase di elaborazione dei dati per la realizzazione dei cataloghi, si sia insinuato un errore  in quella parte del software che calcola le parallassi, di un’entità tale  da distorcerne il valore anche di un paio di ordini di grandezza.

E se questo è ciò che è effettivamente accaduto, allora un enorme numero di stelle Hipparcos ha un angolo di parallasse molto minore del vero con la conseguenza che la loro  distanza, calcolata con la formula (2), può essere anche cento volte maggiore del vero. Il valore sbagliato della parallasse, inserito nella formula (1), darà un elevato valore della magnitudine assoluta M.

Ne consegue che la stella si troverà posizionata nella zona delle Giganti del diagramma H-R  e, se l’errore è sistematico,  allora praticamente tutte le stelle rosse saranno Giganti, così come Goretti ha effettivamente trovato con il diagramma H-R ricavato da un campione tratto dal catalogo Hipparcos.

Per verificare quest’ipotesi Goretti ha eseguito numerosi calcoli astrometrici su di un campione di oltre trecento stelle allo scopo di determinare i valori corretti della parallasse. Ciò che è risultato dall’indagine è un fatto che lascia allibiti: è vero, il catalogo Hipparcos contiene una quantità enorme di valori sbagliati della parallasse!

Qualcuno dei lettori si chiederà se quella di Goretti sia pura e semplice presunzione: ma come, chi si crede d’essere Goretti per contestare il più importante catalogo astrometrico dei tempi moderni?

Mi sembra giusto riconoscere a Goretti una qualche “referenza” nel settore dell’astrometria di alta precisione che rende plausibile la sua analisi dal punto di vista numerico. Per oltre vent’anni Goretti ha eseguito immagini di pianetini ed ha calcolato con grande precisione le posizioni anche di quelli “veloci”, i NEO, che non sono affatto semplici da determinare. Il Minor Planet Center dà  una valutazione della qualità delle misure astrometriche degli Osservatori  che si occupano di astronomia posizionale nel seguente documento:

www.minorplanetcenter.net/iau/special/residuals.txt.

Qui, al numero di codice 610,  è riportata in dettaglio  l’accuratezza tipica delle misure di Goretti (il residuo statistico delle osservazioni). Così, ad esempio, nel 1999, essa  è stata di -0”.02 ±0.67 in A.R. e +0”.06±0.65 in declinazione. Per confronto, i valori di Monte Palomar (cod. 261) erano:  -0”.01 ±1.05 in A.R. e +0”.14±0.64 in declinazione, mentre quelli dell’Osservatorio di La Silla, (cod. 262):  -0”.28 ±0.24 in A.R. e +0”.52±0.79 in declinazione. E’ evidente che l’accuratezza delle  misure astrometriche di Goretti  è paragonabile a quella di alcuni dei maggiori Osservatori.

EANweb ha messo in cantiere il progetto di un convegno nazionale che sarà dedicato ai lavori di Vittorio Goretti sulle distanze stellari e sulla revisione del catalogo Hipparcos.

Rodolfo Calanca è direttore editoriale di EANweb.
Notizie biografiche alla pagina:
http://win.eanweb.com/autore.htm

Indice articoli ASTRONOMIA NOVA Agosto 2011
indice articoli

1 Commenti di questo articolo

  • marco

    agosto 31st, 2014 on 13:59

    Articolo interessante. Non metto in dubbio la serietà e lo scrupolo di Goretti come astrofilo, tuttavia, almeno per quanto riguarda la carenza di nane rosse, il fatto può essere facilmente spiegato da un effetto selettivo, legato alla minore sensibilità di Hipparcos in quella banda spettrale: le nane rosse, essendo comunque deboli, semplicemente non verrebbero incluse nel catalogo. La spiegazione legata a un errore sistematico di parallasse è invece estremamente improbabile poichè richiede che avvenga solo su stelle rosse di sequenza principale e inoltre dovrebbe presentarsi con lo stesso errore relativo su tutte (e sole) quelle stelle!
    Quanto poi agli errori rilevati sul sotto-catalogo di 300 stelle, mi piacerebbe saperne di più ma, ad occhio e croce, ritengo improbabile che quei dati siano stati pubblicati pur contenendo errori palesi in contrasto con la letteratura…









Articoli simili:

video rubrica, domande astronomiche

iniziative

Ultime Notizie