Le prestazioni degli strumenti MORFEO e MICADO dell'Extremely Large Telescope nello studio di regioni di formazione stellare a distanze cosmologiche

L’Extremely Large Telescope (ELT), con il suo sistema di ottica adattiva MORFEO e la camera MICADO, promette di rivoluzionare lo studio delle regioni di formazione stellare nell’Universo, analizzandone le caratteristiche con una precisione che gli strumenti attuali non sono in grado di fornire. Questa tesi si propone di valutare le potenzialità di MORFEO e MICADO facendo riferimento al campo cosmologico COSMOS, focalizzandosi in particolare su quelle regioni che sono già state studiate dai due telescopi spaziali HST (Hubble Space Telescope) e JWST (James Webb Space Telescope). Il lavoro di ricerca si articola in due sezioni principali: 1. la prima parte è dedicata all’individuazione di stelle guida naturali (NGS: Natural Guide Stars) adatte al sistema di ottica adattiva di ELT nell’intero campo COSMOS; 2. la seconda parte si propone di valutare le prestazioni degli strumenti MORFEO e MICADO simulando l’osservazione di una tipica galassia a spirale con massa stellare di 10^10 masse solari a redshift z ≈ 2 contenente regioni di formazione stellare. Complessivamente, partendo dal catalogo COSMOS2020 sono state individuate circa 20.000 stelle all’interno del campo cosmologico in esame, di cui circa 7200 risultano utilizzabili come NGS da MORFEO, 270 delle quali ricadono nelle regioni coperte dai mosaici di HST e JWST. A supporto dello studio, sono stati utilizzati anche i cataloghi 2MASS (come riferimento per la magnitudine totale delle stelle nella banda H) e GAIA DR3 (per valutare la presenza di stelle binarie, stelle variabili e stelle con grande moto proprio). In base alla disposizione delle stelle identificate nella prima fase, sono stati selezionati tre asterismi di tre stelle ciascuno, all’interno dello stesso puntamento. Ogni asterismo è stato utilizzato per generare una differente PSF, poi impiegata nelle simulazioni per verificare come variano le prestazioni di ELT nello studio delle regioni di formazione stellare a distanze cosmologiche in base alle stelle scelte come riferimento. Le tre PSF hanno "buona" (FWHM ≈ 11.049 mas, Strehl Ratio ≈ 0.215), "media" (FWHM ≈ 16.203 mas, Strehl Ratio ≈ 0.114) e "bassa" (FWHM ≈ 29.811 mas, Strehl Ratio ≈ 0.037) qualità. I risultati ottenuti sembrano mostrare che ELT sarà in grado di risolvere spazialmente le regioni di formazione stellare con raggi di 20 - 130 pc, anche utilizzando NGS che forniscono una PSF di bassa qualità. Infine, viene proposto un breve confronto tra le prestazioni di ELT e quelle di HST e JWST nello studio della stessa galassia ad alto redshift. Le simulazioni evidenziano che HST non è in grado di rilevare le regioni di formazione stellare, mentre JWST riesce ad identificarle, senza risolverle spazialmente.