L’IAC partecipa allo sviluppo di nuove scale per misurare la composizione chimica delle galassie

Un gruppo internazionale, a cui partecipa personale di ricerca dell’Istituto di Astrofisica delle Canarie (IAC), ha sviluppato una nuova generazione di calibrazioni che consentono di stimare la composizione chimica (metallicità) sia delle galassie vicine sia di quelle più lontane e primordiali dell’Universo osservate dal telescopio spaziale James Webb. Lo studio si basa sull’analisi della più ampia raccolta di osservazioni spettroscopiche di alta qualità riunita finora, risultato di oltre un decennio di lavoro di raccolta e analisi.

La metallicità come registro fossile dell’evoluzione galattica

Per comprendere l’origine e l’evoluzione delle galassie, si studia la composizione chimica attraverso lo spettro delle nubi di gas ionizzato che ospitano, note come regioni HII. L’emissione di queste nebulose deriva dall’eccitazione prodotta dalla luce ultravioletta delle stelle massicce appena formate al loro interno. Le regioni HII, come qualsiasi altro oggetto cosmico, contengono diversi elementi chimici sintetizzati da generazioni precedenti di stelle e rilasciati nello spazio al termine della loro vita. Per questo, la metallicità di una galassia costituisce una sorta di registro fossile della sua evoluzione nel tempo: quanto maggiore è la metallicità, tanto maggiore è stata la trasformazione del gas da parte delle generazioni precedenti di stelle, consentendo di ricostruire la storia della formazione e dell’evoluzione delle galassie nel corso della storia cosmica.

Tuttavia, determinare la composizione chimica di una regione HII a partire dal suo spettro non è un processo semplice. Richiede di conoscere con precisione la densità e la temperatura del gas, nonché le caratteristiche della radiazione che riceve dalle stelle. Per misurare queste proprietà servono osservazioni di alta qualità, con lunghi tempi di esposizione in alcuni dei più grandi telescopi del mondo, in grado persino di rilevare l’emissione delle nebulose in galassie deboli e lontane.

27 calibrazioni basate sul database DESIRED

Il gruppo di ricerca, guidato da Fabián F. Rosales-Ortega (INAOE, Messico), ha utilizzato il database DESIRED (DEep Spectra of Ionized REgions Database), una raccolta costituita nel corso di oltre dieci anni che riunisce osservazioni spettroscopiche ottiche di alta qualità di nebulose ionizzate, sia della nostra Via Lattea sia di altre galassie dell’Universo.

Nel complesso, lo studio ha utilizzato quasi 2.392 osservazioni, una quantità di informazioni senza precedenti per questo tipo di analisi. «Possiamo rivedere i metodi usati per misurare la composizione chimica delle galassie su basi molto più solide che in passato», afferma Rosales-Ortega, primo autore dell’articolo.

Con questo insieme di dati e ricalcolando in modo omogeneo tutti i parametri necessari, il personale di ricerca ha ottenuto nuove formulazioni per le 23 scale o calibrazioni utilizzate storicamente per stimare la metallicità delle galassie quando non è possibile determinare la temperatura del gas dal suo spettro. La metallicità è espressa attraverso l’abbondanza di ossigeno, cioè il rapporto tra il numero di particelle di questo elemento e quello dell’idrogeno.

Queste calibrazioni vengono costruite a partire dall’intensità delle righe spettrali più brillanti delle regioni HII, motivo per cui sono chiamate «metodi delle righe forti» e utilizzano diverse combinazioni di righe di ossigeno, azoto, zolfo, argon e neon. Inoltre, lo studio include quattro nuovi metodi che non erano stati calibrati empiricamente in precedenza. Nel complesso, fornisce formulazioni per 27 calibrazioni basate su osservazioni di alta qualità, che ampliano la gamma di condizioni fisiche in cui possono essere applicate e costituiscono uno dei riferimenti empirici più completi e solidi attualmente disponibili per stimare la metallicità delle galassie.

«Queste calibrazioni sono indispensabili nelle galassie lontane, dove le righe deboli non vengono rilevate, e l’uso di un campione così ampio e di alta qualità aumenta l’affidabilità delle metallicità ricavate», spiega Jorge García-Rojas, ricercatore dell’IAC e coautore dell’articolo.

L’impatto delle fluttuazioni di temperatura

Esiste inoltre un problema fondamentale che da decenni influisce sulla determinazione della composizione chimica delle nebulose: le fluttuazioni di temperatura al loro interno possono introdurre distorsioni nel calcolo delle abbondanze chimiche.

In questo nuovo lavoro, per la prima volta, le calibrazioni dei metodi delle righe forti vengono formulate secondo due diversi scenari fisici: uno tradizionale, che presuppone una temperatura omogenea negli oggetti, e un altro che tiene conto delle fluttuazioni di temperatura. Includendole, le metallicità risultano, in media, superiori di circa il 35 % rispetto a quelle ottenute con i metodi tradizionali. Questo risultato fornisce una misura quantitativa dell’effetto che la struttura termica del gas ha sulle stime della metallicità.

«Considerare l’effetto delle fluttuazioni di temperatura è una novità in questo tipo di studi e ora possiamo sapere come cambia la scala delle metallicità a seconda dello scenario adottato», osserva César Esteban, professore associato dell’Università di La Laguna, ricercatore dell’IAC e coautore dell’articolo.

Applicazione all’Universo primordiale e pubblicazione

Il gruppo di ricerca ha inoltre messo alla prova le nuove scale proposte con dati spettrali delle galassie più lontane conosciute, formatesi appena qualche centinaio di milioni di anni dopo il Big Bang e rivelate grazie al telescopio spaziale James Webb (JWST). L’analisi mostra che molte delle calibrazioni costruite a partire da galassie dell’Universo vicino possono fornire stime affidabili anche nell’Universo primordiale, a grandi distanze cosmologiche. Le differenze che emergono in alcuni casi possono essere spiegate dalla maggiore intensità dei campi di radiazione ultravioletta delle stelle e/o da una diversa proporzione di azoto in queste galassie primordiali.

In definitiva, questo lavoro permette di utilizzare una scala comune per studiare l’evoluzione chimica delle galassie attraverso gran parte della storia cosmica, dal nostro ambiente spaziale e temporale fino a epoche in cui l’Universo aveva soltanto una frazione della sua età attuale.

A questo studio hanno contribuito i seguenti ricercatori dell’IAC: César Esteban, Jorge García-Rojas, Maialen Orte-García, Elena Reyes-Rodríguez e Sebastián F. Sánchez.

Questo lavoro è il primo articolo di una serie dedicata allo sviluppo di nuove calibrazioni delle righe forti nell’ambito della collaborazione internazionale DESIRED. Le nuove calibrazioni sono liberamente disponibili per l’intera comunità astronomica. L’articolo è stato pubblicato sulla rivista scientifica Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS), una delle principali pubblicazioni internazionali di astronomia e astrofisica.

Articolo: F. F. Rosales-Ortega, J. E. Méndez-Delgado, J. U. Guerrero-González, C. Esteban, J. García-Rojas, K. Z. Arellano-Córdova, A. Z. Lugo-Aranda, O. Espíndola-Camacho, J. C. López-Gutiérrez, L. E. Martínez-Rivero, C. Morisset, M. Orte-García, E. Reyes-Rodríguez, L. Toribio San Cipriano, K. Kreckel, O. Egorov, I. A. Zinchenko, S. F. Sánchez, and J. M. Vílchez. “The DESIRED strong-line calibrations: I. New empirical metallicity relations for the local and high-redshift universe”, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 2026. DOI:

Contenuto della nota stampa dell’Istituto di Astrofisica delle Canarie, tradotto e adattato per questa edizione.

Istituto di Astrofisica delle Canarie · 2026-11-10

DESIRED-I: grafico scientifico fornito dall’IAC per il suo comunicato sulle calibrazioni della metallicità delle galassie. © IAC · Materiale stampa