Ai piedi dell'Etna...il telescopio ottico più grande d'Italia

Il 24 Settembre scorso, presso la sede osservativa di Serra La Nave, gestita dall’Osservatorio Astrofisico di Catania, è stato inaugurato SST - 2M, il telescopio ottico più grande sul territorio nazionale.

Questo strumento nasce all’interno di un progetto, proposto dall’INAF e approvato dal MIUR, denominato ASTRI, ovvero Astrofisica con Specchi a Tecnologia Replicante Italiana.

Il progetto ASTRI, a sua volta, fa parte del più ambizioso programma Cherenkov Telescope Array (CTA) che prevede lo studio da terra della radiazione gamma ad alta energia proveniente dai fenomeni più violenti dell’Universo. Le sorgenti di questa radiazione comprendono pulsar, resti di supernova, galassie attive, sistemi binari con oggetti compatti e tutto ciò che emette energie superiori a 100 keV.

Ma come si fa ad osservare da terra la radiazione gamma, visto che questa viene schermata (per fortuna) dalla nostra atmosfera? Si sfrutta l’effetto Cherenchov!

Quando, infatti, questa radiazione ad altissima energia incontra le particelle dell’atmosfera terrestre, si genera un lampo di luce bluastra. In realtà, questa luce non è altro che uno sciame di particelle che si muovono a velocità superiori a quella della luce (cosa fisicamente possibile all’interno di un mezzo di propagazione come l’atmosfera ma assolutamente impossibile nel vuoto).

La cosa interessante di questa cascata di particelle “secondarie” è che la sua direzione di propagazione è più o meno la stessa della radiazione gamma “primaria” che l’ha generata; in questo modo, seppur indirettamente, è possibile capire dove si trova la sorgente.

Tuttavia, poiché i lampi di luce Cherenchov durano solo pochi nanosecondi e coprono un arco grande poco più di 1°, è difficile ricostruirne l’esatta geometria e risalire all’energia del fotone primario con un singolo telescopio. Nasce, quindi, l’esigenza di utilizzare più telescopi contemporaneamente disposti su una vasta area, in modo da osservare lo stesso evento da angolazioni diverse. Questa tecnica, oltre ad aumentare l’area di rivelazione, migliora notevolmente la risoluzione angolare ed energetica.

Proprio su questa idea si sviluppa il progetto CTA che vede coinvolti più di mille scienziati e ingegneri provenienti da 197 istituti di ricerca, 5 continenti e 29 paesi.

Il CTA prevede la realizzazione di due grandi reti (array) di telescopi Cherenchov; una rete sarà situata nell’emisfero nord della Terra e sarà dedicata all’osservazione delle sorgenti extragalattiche che emettono a energie comprese tra 10 GeV e 1 TeV, dove1 TeV corrisponde a mille miliardi di elettronvolt; l’altra rete verrà costruita, invece, nell’emisfero sud da dove è visibile la maggior parte della Via Lattea e coprirà uno spettro energetico molto più ampio (10 GeV – 100 TeV).

Per coprire un intervallo energetico maggiore, il CTA sarà caratterizzato da telescopi di tre diverse dimensioni:

• 4 telescopi LST (Large SizeTelescope), con diametro dell’ordine dei 24 m;
• 24 telescopi MST (Medium SizeTelescope), con diametro dell’ordine dei 12 m;
• 72 telescopi SST (Small SizeTelescope), con diametro dell’ordine dei 6 m.

Questa scelta è dovuta al fatto che, mentre per i fotoni gamma con minore energia è sufficiente un unico telescopio di grande apertura, man mano che aumenta la loro energia, il lampo di luce Cherenchov diventa sempre più intenso ma il numero di fotoni da rivelare diminuisce; ciò significa che le dimensioni dei telescopi possono diminuire, mentre la spaziatura tra i vari elementi ottici deve aumentare per avere una maggiore area di raccolta del segnale.

Rispetto agli altri osservatori gamma già esistenti (MAGIC, HESS e VERITAS), il CTA fornirà una migliore risoluzione angolare, un aumento della sensibilità e un più ampio spettro energetico.

Il telescopio da poco inaugurato a Serra La Nave (SST-2M) è un prototipo “innovativo” di uno Small Size Telescope. L’innovazione di questo strumento sta nell’utilizzo di una nuova configurazione ottica per le indagini, basata su un sistema a doppio specchio e su una camera con sensori al silicio.

La tecnologia degli specchi è tutta italiana ed è la stessa che INAF ha sperimentato con successo sui telescopi “MAGIC 1” e “MAGIC 2” operativi sulle isole Canarie.

Il sito in cui è stato installato SST-2M si trova ad un’altitudine ottimale che gli permette di eseguire già alcuni test e le necessarie calibrazioni con sorgenti in luce Cherenchov già note.

Una volta verificato il corretto funzionamento del prototipo, il progetto ASTRI dell’INAF continuerà con la costruzione di altri SSTs da posizionare nel sito scelto per CTA Sud. Questi piccoli telescopi saranno distribuiti su un’area di 10 km quadrati e si dedicheranno ai segnali di energia più alta il cui studio potrà rivelare aspetti del nostro Universo ancora sconosciuti.

Nonostante la tecnologia su cui si basa questo progetto sembri viaggiare da sola, il nuovo osservatorio CTA sarà una nave su cui potranno salire scienziati da tutto il mondo e avrà sempre bisogno delle altre “navi” che guardano lo stesso Universo ma con occhi diversi.

Daniela Sicilia

Un viaggio tra le stelle ai piedi dell'Etna

Come ogni anno, alla vigilia del solstizio d’estate, riprendono le visite pubbliche alla sede dell’Osservatorio Astrofisico di Catania che si trova alle pendici dell’Etna, in località Serra La Nave. Lontana dalle luci della città e a più di 1700 metri di altezza, la sua posizione garantisce ottime condizioni per le osservazioni.

Le visite, diurne e notturne, sono gratuite e nascono con lo scopo di avvicinare la gente (sia i grandi che i piccoli) all’affascinante mondo dell’astronomia. Il numero elevato di visitatori negli anni precedenti e le continue prenotazioni che giungono ogni giorno sono il segno che l’obiettivo è stato raggiunto.

Dopo il benvenuto, il programma si divide in due fasi: una di tipo divulgativo e una ti tipo osservativo.

La prima fase prevede la visita all'inconfondibile struttura che caratterizza tutti gli osservatori astronomici: la cupola. All'interno, si trova un telescopio riflettore caratterizzato da un’apertura di 91 cm, dedicato principalmente alla ricerca scientifica. Qui, viene spiegato ai visitatori qual è il principio di funzionamento di un telescopio e come si studiano le stelle.

Nella seconda fase, i visitatori vengono guidati ad un altro telescopio dove possono finalmente osservare direttamente con i propri occhi gli oggetti astronomici. Nel caso delle visite diurne, si osservano, da due diversi oculari, la fotosfera e la cromosfera del Sole che mostrano dettagli interessanti come macchie e protuberanze. 

Gli oggetti osservabili nelle visite notturne, invece, possono cambiare a seconda del periodo di visibilità di questi stessi. Molto spesso si osserva la Luna, i pianeti Giove e Saturno o l’ammasso globulare M13. 

Capita spesso che durante le osservazioni, sotto la cupola aperta, si vedano passare bellissime meteore, più comunemente conosciute con il nome di stelle cadenti. Meno poetici, ma che suscitano comunque interesse, sono i passaggi dei numerosi satelliti artificiali che ruotano attorno alla Terra.

Da quasi un anno circa, inoltre, è possibile ammirare all'interno della sede il nuovo prototipo ASTRI SST - 2M, il telescopio ottico più grande sul territorio nazionale. Questo strumento nasce all'interno del più ambizioso programma Cherenkov Telescope Array (CTA) che prevede lo studio da terra della radiazione gamma ad alta energia. 

Prima di andare via, gli ospiti vengono infine accompagnati in uno spettacolare viaggio visivo dove gli vengono mostrate le costellazioni principali del cielo estivo e  le stelle più luminose. Se si fa più attenzione, nelle notti più serene, è possibile vedere anche la scia luminosa della nostra galassia, la Via Lattea. 

Il programma di visite pubbliche riprenderà nel mese di Luglio 2015. Per informazioni sul calendario dei prossimi eventi e per prenotazioni bisogna scrivere a: divulgazione@oact.inaf.it. 

Se invece volete sfogliare la galleria fotografica potete andare alla pagina Facebook dell'Osservatorio https://www.facebook.com/inaf.oact?ref=aymt_homepage_panel oppure al sito ufficiale https://www.oact.inaf.it.

Daniela Sicilia

ALLA RICERCA DI NUOVI MONDI

Che esistano altri pianeti al di fuori del sistema solare è ormai certo. Dal 1992 ad oggi sono stati scoperti più di 1800 mondi.
Tuttavia non si è ancora in grado di rispondere alla domanda che da millenni l’uomo si pone: esistono altre forme di vita nell’Universo?

Per poter rispondere,  bisognerebbe prima trovare dei pianeti con caratteristiche simili a quelle della Terra e che si trovino ad una distanza dalla loro stella ottimale per ospitare la vita. 
È per questo motivo che nel 2008 l’Agenzia Spaziale Europea (ESA) ha deciso di dar via allo studio della missione PLATO (PLAnetary Transits and Oscillations of stars) che lo scorso anno ha ricevuto il via libera per entrare in fase di costruzione.

A differenza di altri telescopi, PLATO non sarà costituito da un unico grande e potente telescopio ma da un insieme di 34 piccoli occhi, ciascuno con una pupilla da 100 mm,  montati su una singola piattaforma. In questo modo, il campo visivo e, quindi, la probabilità di trovare pianeti extrasolari, aumenta notevolmente.


Una volta raggiunta la sua orbita nello spazio, PLATO scatterà una foto del cielo ogni 30 secondi per immortalare il passaggio di un qualche pianeta davanti a una delle tante stelle tenute d’occhio. Circa 4000 stelle in ogni campo di PLATO dovrebbero mostrare queste mini eclissi, in base alle valutazioni statistiche fatte dagli scienziati. 

La “tecnica dei transiti” di cui si avvale PLATO consiste proprio in questo: osservando costantemente la luminosità di una stella, se un pianeta gli ruota attorno e se questo si trova lungo la linea di vista, lo strumento rivelerà periodicamente un calo e poi una nuova ricrescita della luminosità della stella. In sostanza è come quando osservando  un lampione stradale in lontananza ci accorgiamo di un leggero  tremolio della luce dovuto probabilmente a una farfalla notturna, o a un pipistrello che gli stanno girando attorno.

Ma è davvero così semplice? In realtà, la diminuzione di luminosità della stella potrebbe essere impercettibile. Non solo…qualora si vedesse un’eclisse non è detto che questa sia dovuta al transito di un pianeta; potrebbe infatti essere un’altra stella che gli ruota attorno (come nel caso dei sistemi binari) oppure la stella varia la sua luminosità semplicemente perché pulsa con regolarità. Per confermare quindi la scoperta del nuovo pianeta occorreranno metodi molto complessi di analisi dei dati, che ci diranno alla fine quanto grandi siano questi pianeti e a che distanza si trovino dalla stella.

La misura della massa dei pianeti sarà possibile nel caso ci sia più di un pianeta intorno alla stessa stella, oppure completando le misure dallo spazio con misure di velocità radiale fatte con strumenti a terra, come lo spettrografo HARPSN del Telescopio Nazionale Galileo. 
Il prodotto finale della missione PLATO sarà un catalogo di pianeti contenente le misure di massa, dimensione, densità, periodo orbitale, inclinazione e altre informazioni preziose per capire se siano di natura rocciosa (come la Terra) o gassosa (come Giove). Quello che verrà trasmesso a terra non saranno i dati grezzi ma le varie curve di luce delle stelle che saranno prima mediate a bordo dello strumento. Successivamente, questi pianeti “scovati”  potranno essere osservati spettroscopicamente da terra e dallo spazio in modo da misurarne le proprietà fisico – chimiche delle atmosfere planetarie.

Il lancio di PLATO è previsto nel 2024 e resterà in orbita per almeno sei anni. Più di 40 ricercatori italiani dell’INAF  stanno già lavorando alla prima fase del progetto, ovvero individuare le regioni di cielo e le stelle dove puntare la sonda e costruire una parte della strumentazione . Già nel 2011 un prototipo dei 34 telescopi che costituiranno gli occhi del satellite è stato costruito dai ricercatori italiani e svizzeri.

PLATO è un progetto internazionale che coinvolge agenzie spaziali, istituti di ricerca e università in tutta Europa (Austria, Belgio, Danimarca, Francia, Germania, Italia, Portogallo, Regno Unito, Spagna, Svezia, Svizzera, Ungheria) e in Brasile.

La realizzazione dei 34 telescopi è affidata all'Italia e alla Svizzera e sarà una grande opportunità per le imprese del settore spaziale italiano che sono tra le più affermate in Europa nel campo dei sistemi ottici per lo spazio. Anche il computer che controlla gli strumenti di bordo sarà fornito dall’Italia. 

Il responsabile italiano del progetto è Isabella Pagano, dell'INAF di Catania. Il gruppo responsabile della scelta dei campi e delle stelle da osservare è guidato da Giampaolo Piotto, del Dipartimento di Astronomia dell'Università di Padova. I telescopi sono responsabilità di Roberto Ragazzoni dell'INAF di Padova e il computer di bordo è sviluppato da un gruppo coordinato da Rosario Cosentino dell'INAF FGG.

Una volta lanciato PLATO  sorveglierà un milione di stelle e fra queste individuerà certamente mondi alieni che per dimensioni, composizione e temperatura possano permettere lo sviluppo della vita e chi lo sa…magari possano un giorno ospitare gli abitanti della Terra quando questa arriverà alla fine della sua esistenza.


Daniela Sicilia

Link: http://www.oact.inaf.it/plato/Plato-Italia/PLATO-IT.html

http://exoplanet.eu/

http://sci.esa.int/plato/