Calcolatore relazione Tully-Fisher galassie spirali

Il calcolatore relazione Tully-Fisher determina la magnitudine assoluta M_B, la luminosità L (in unità solari) e la massa barionica M_bar di una galassia a disco a partire dalla velocità di rotazione massima V_rot del disco, secondo la relazione empirica di R. Brent Tully (Institute for Astronomy Hawaii) e J. Richard Fisher (NRAO Green Bank) pubblicata nel 1977 sulla rivista Astronomy & Astrophysics vol. 54, p. 661 (titolo "A new method of determining distances to galaxies"). La relazione fondamentale mostra che per le galassie spirali esiste una correlazione stretta tra luminosità e velocità rotazionale: L ∝ V_rot⁴ (banda fotometrica B classica). La forma logaritmica inversa usata come stimatore di distanza è: M_B = -10·log₁₀(V_rot/220 km/s) - 19,5, dove V_rot è la velocità di rotazione del disco in km/s misurata dalla larghezza del profilo HI 21 cm (radio surveys come ALFALFA Arecibo o WALLABY ASKAP), M_B la magnitudine assoluta in banda B (filtro fotometrico Johnson 440 nm), M_sun_B = +5,48 magnitudine assoluta solare in banda B, da cui L/L_sole = 10^((5,48 - M_B)/2,5).

La fisica sottostante: in equilibrio gravitazionale circolare, V_rot² = G·M_dyn/R; ipotesi di rapporto massa-luce M/L approssimativamente costante e densità superficiale Σ uniforme implicano L ∝ V_rot⁴ (Aaronson-Huchra-Mould 1979). La forma moderna in banda K (Verheijen 2001 ApJ 563, 694) M_K = -10,5·log₁₀(W₂₀/2) - 22 con W₂₀ larghezza profilo HI al 20% del picco riduce dispersione (banda infrarossa K 2,2 µm meno sensibile a estinzione di polvere e popolazioni stellari giovani). La Baryonic Tully-Fisher Relation (Stacy McGaugh 2000 ApJ 533, L99) M_baryonic = A · V_rot⁴ con costante A ≈ 50 M_sole·s⁴/km⁴ include massa stellare + gas HI freddo + H₂ molecolare e si estende dalle galassie nane gas-dominate fino alle spirali giganti, costituendo uno dei test più stringenti del paradigma ΛCDM dark matter versus MOND modified gravity Milgrom 1983. Le applicazioni:

• Distance Hubble ladder distanze galassie spirali via V_rot misurato da HI 21cm
• misura H_0 calibrazione SBF + Cepheidi (Madore-Freedman)
• massa galattica M_dyn = V_rot²·R/G
• test ΛCDM vs MOND tramite BTF
• evoluzione Tully-Fisher z<2 redshift intermedio
• distanze cluster Vergine
• survey cosmologici 2MASS Tully-Fisher e WALLABY ASKAP. Le applicazioni italiane:

• survey VST KIDS INAF Capodimonte 1812 + ESO Cerro Paranal Cile 2011-2019 1.500 deg² struttura galassie e weak lensing
• Asiago Copernico 182 cm INAF Padova 1979 spettroscopia ottica curve di rotazione H_alpha
• TNG La Palma 1998 INAF 3,58 m spettrografia LRS H_alpha disco
• SRT Sardegna 64 m 2013 INAF radio HI 21 cm survey, complementare a Noto 32 m INAF VLBI
• LBT Mount Graham Arizona 2005 INAF 25% 2×8,4 m spettroscopia integral-field
• Euclid ESA 2023 ASI 25% spettro 25 milioni galassie 6 anni 15.000 deg² inclusi disk-rotation samples
• JWST 2021 NIRSpec contributo italiano rotazione galassie z>2 cosmic noon

Tabella Tully-Fisher galassie italiana

(Fonte: Tully & Fisher 1977 A&A 54, 661 + Verheijen 2001 ApJ 563, 694 banda K + McGaugh 2000 ApJ 533 BTF + Sofue & Rubin 2001 ARA&A 39, 137 rotation curves + dati INAF Roma 2002 Monte Porzio Catone).

Esempi calcolo italiano Tully-Fisher

• Via Lattea V_rot = 220 km/s INAF Padova 1761 + Asiago Copernico 182 cm 1979: dato V_rot = 220 km/s (Sole orbita Sgr A* a 220 km/s, Reid Brunthaler 2004 VLBA), applicando la formula M_B = -10·log₁₀(220/220) - 19,5 = -10·0 - 19,5 = -19,5 mag. Luminosità L = 10^((5,48-(-19,5))/2,5) = 10^(24,98/2,5) = 10^9,99 = 2,0×10¹⁰ L_sole. Massa dinamica entro 15 kpc M_dyn = V²·R/G = (2,2×10⁵)²·(4,6×10²⁰)/(6,674×10⁻¹¹) ≈ 3,4×10⁴¹ kg = 1,7×10¹¹ M_sole. Massa barionica BTF McGaugh 2000: M_bar = 50·V_rot⁴ = 50·220⁴ = 50·2,34×10⁹ = 1,17×10¹¹ M_sole (consistente con stelle 6×10¹⁰ + HI freddo 7×10⁹ + H₂ 2×10⁹)
• M31 Andromeda V_rot = 265 km/s INAF Trieste 1898: M_B = -10·log₁₀(265/220) - 19,5 = -10·0,0807 - 19,5 = -20,3 mag. L = 4,0×10¹⁰ L_sole. M_bar BTF = 50·265⁴ ≈ 2,5×10¹¹ M_sole. Distanza M31 778 kpc Cepheidi (Riess 2019) consistente con Tully-Fisher inversa
• M33 Triangulum V_rot = 120 km/s INAF Bologna Loiano 1936: M_B ≈ -17,7 mag, dwarf spiral SAcd. L = 4×10⁹ L_sole. M_bar = 50·120⁴ = 1,04×10¹⁰ M_sole
• NGC 3198 V_rot = 150 km/s VST KIDS INAF Capodimonte 2011: M_B = -10·log₁₀(150/220) - 19,5 = 1,66 - 19,5 = -17,84 mag. Curva rotazione piatta classica van Albada 1985 first dark matter spiral evidence
• LMC Grande Nube Magellano V_rot = 70 km/s SRT Sardegna 64 m 2013: M_B ≈ -18,5 mag (LMC outlier irregolare barred SBm fuori relazione TF classica)
• NGC 4258 (M106) V_rot = 208 km/s VLBI Noto 32 m INAF: maser water VLBI distance anchor 7,576 ± 0,082 Mpc geometric distance Pesce 2020. M_B = -10·log₁₀(208/220) - 19,5 = 0,243 - 19,5 = -19,26 mag. Calibratore Tully-Fisher prima rung scala distanze
• NGC 1300 barred spiral V_rot = 185 km/s VST KIDS INAF: M_B = -10·log₁₀(185/220) - 19,5 = 0,752 - 19,5 = -18,75 mag. Galassia tipo Hubble SBbc prototype barred

Astrofisica Tully-Fisher italiana

L'astrofisica galassie spirali italiana:

• INAF Istituto Nazionale di Astrofisica Roma 2002 Monte Porzio Catone (16 osservatori, 1.700 ricercatori): Padova 1761 Galileo Galilei + Asiago Copernico 182 cm 1979 spettroscopia ottica curve rotazione H_alpha; Brera Milano 1762 Schiaparelli; Capodimonte Napoli 1812 + VST Cerro Paranal Cile 2011 2,6 m INAF Capodimonte + ESO survey KIDS 1.500 deg² struttura galattica disk-rotation; Arcetri Firenze 1872 Galileo cosmologia; Roma 1786 Monte Porzio Catone; Trieste 1898 Planck CMB H_0 tension; Catania-Etna 1880; Bologna Loiano 1936 AGN dwarf spirals; Palermo 1790 X-IFU Athena 2035; Cagliari 1899 + SRT Sardegna 64 m 2013 radio HI 21 cm rotation curves
• Telescopi italiani Tully-Fisher: TNG Telescopio Nazionale Galileo La Palma 1998 INAF 3,58 m spettrografi LRS DOLORES NICS H_alpha curves disk; LBT Large Binocular Telescope Mount Graham Arizona 2005 INAF 25% 2×8,4 m LUCI MOS multi-object integral-field spectroscopy; VST Cerro Paranal 2011 INAF Capodimonte + ESO 2,6 m KIDS 1.500 deg² weak lensing struttura galattica; SRT Sardinia Radio Telescope Cagliari 2013 INAF 64 m radio HI 21 cm; Noto 32 m Sicilia INAF VLBI maser AGN distance NGC 4258
• Missioni spaziali ASI Roma 1988: Euclid ESA 2023 ASI 25% 6 anni 15.000 deg² 25 milioni galassie spettro slitless Italia hardware NISP NIR fotometro; Athena X-ray Observatory ESA 2035 X-IFU calorimetro INAF Palermo 25%; JWST 2021 NIRSpec contributo italiano Roberto Maiolino Cambridge ex-INAF Arcetri rotazione galassie z>2 cosmic noon; LSPE/STRIP CMB ground-based INAF Trieste + INFN Pisa B-mode primordial; LiteBIRD ESA 2032 INAF + ASI CMB B-mode; AGILE satellite ASI 2007 + AMS-02 ISS 2011; BeppoSAX 1996-2002 ASI
• Premi Nobel italiani fisica: Marconi 1909, Fermi 1938, Segrè 1959, Carlo Rubbia 1984, Riccardo Giacconi 2002
• ICRA La Sapienza Roma 1985 + ICRANet Pescara 2003 Remo Ruffini buchi neri AGN; SISSA Trieste 1978 Andrea Lapi galaxy formation evolution; Scuola Normale Superiore Pisa 1810 Andrea Ferrara cosmic dawn primi dischi; CINECA Casalecchio Bologna 1969 Marconi100 30 PFlops + Leonardo HPC pre-exascale 2023 250 PFlops 5° classifica TOP500 mondiale simulazioni N-body cosmologiche IllustrisTNG-300 Magneticum Eagle disk galaxy formation. Bonus fiscali italiani ricerca 2025-2026: Credito d'Imposta R&S art. 1 c. 200 L. 160/2019 fino 25%; Patent Box L. 178/2020 50%; Credito d'Imposta Industria/Transizione 5.0 art. 38 DL 39/2024 fino 35%; PNRR Missione 4 Componente 2 ricerca 6,9 mld €

Aggiornato a luglio 2026