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