L’Alma “mater” della radioastronomia mondiale apre gli occhi dell’Umanità sull’Universo ignoto. Il più potente osservatorio astrofisico europeo nella banda submillimetrica, è anche la più grande finestra aperta per scrutare i segreti dell’Universo dinamico e per sondare i più vicini sistemi solari a caccia di pianeti alieni in formazione e in evoluzione. Sull’altopiano di Chajnantor nelle Ande cilene, l’European Southern Observatory (Eso) in collaborazione con i suoi partner internazionali, sta costruendo la più moderna batteria di radiotelescopi (Alma) concepita espressamente per studiare la luce proveniente da alcuni dei più freddi oggetti del Cosmo. Il team di Alma nei mesi scorsi ha verificato tutti i sistemi dell’osservatorio per prepararlo al primo ciclo di osservazioni scientifiche. È iniziata la prima fase della “Early Science”, la prima scienza. Uno dei risultati di queste verifiche è la prima immagine (prima luce) di Alma, prodotta da un telescopio ben lontano dall’essere a piena potenza. La foto rilasciata ufficialmente dagli astronomi dell’Eso, centrata sulla galassia detta “Le Antenne”, è stata realizzata utilizzando quasi sempre solo dodici antenne. Molte meno di quelle che verranno usate nella seconda fase della prima scienza e con distanze tra i singoli radiotelescopi molto limitate. Quindi la nuova immagine è solo un assaggio delle grandi potenzialità di Alma dal 2013. Man mano che l’osservatorio crescerà, aggiungendo nuove antenne, la nitidezza, l’efficienza e la qualità delle osservazioni cresceranno sensibilmente. La qualità delle immagini prodotte da un telescopio interferometrico come Alma, dipende sia dalla separazione sia dal numero delle antenne. Separazioni ampie permettono di creare immagini più
nitide. Se un numero maggiore di antenne viene combinato le immagini possono essere più dettagliate. Le Antenne sono una coppia di galassie in collisione con una forma decisamente distorta. Mentre la luce visibile ci mostra le stelle delle galassie, Alma rivela qualcosa che non si vede con gli occhi: le nubi di gas freddo e denso da cui si formano le nuove stelle. Le osservazioni sono state realizzate a lunghezze d’onda specifiche, nella banda millimetrica e submillimetrica, sintonizzate per rivelare molecole di monossido di carbonio all’interno di nubi di idrogeno altrimenti invisibili, per scovare dove si stanno formando le nuove stelle. È la miglior immagine de Le Antenne che sia mai stata realizzata nella banda submillimetrica. Gli astronomi individuano concentrazioni massicce di gas non solo nel cuore delle due galassie ma anche nella regione caotica in cui avviene lo scontro, dove la massa totale del gas è di qualche miliardo di volte la massa del Sole: un ricco serbatoio di materia per le generazioni future di stelle e pianeti. Questa luce, infatti, ha lunghezze d’onda di circa un millimetro, fra la luce infrarossa e le onde radio. Ed è meglio conosciuta nel mondo della scienza come radiazione millimetrica e submillimetrica. Il progetto Alma è una collaborazione fra l’Europa, il Giappone e il Nord America, in cooperazione con la Repubblica del Cile. In Europa, Alma è finanziato dall’Eso, in Giappone dagli Istituti Nazionali di Scienze Naturali, in cooperazione con l’Accademia Sinica di Taiwan, e in Nord America dalla U.S. National Science Foundation, in cooperazione con il National Research Council del Canada. La costruzione e la gestione di Alma sono condotte dall’Eso per conto dell’Europa, dall’Osservatorio Astronomico Nazionale del Giappone per conto del Giappone, e dall’Osservatorio Nazionale di Radio Astronomia gestito dalle Associated Universities Inc., per conto del Nord America. L’Alma vision rappresenta lo stato dell’arte nella radioastronomia mondiale. Alma, tuttavia, non servirà per ascoltare gli extra-ultraterrestri come sperano alcuni. Nessuna sacerdotessa del deserto potrà ascoltare ET come nel film Contact, occupando la struttura scientifica. Gli astronomi sanno che la luce a queste lunghezze d’onda proviene da vaste nubi fredde nello spazio interstellare, a temperature di solo alcune decine di gradi sopra lo zero assoluto. E solo da alcune tra le più antiche e distanti galassie dell’Universo. Gli astronomi possono usarla per studiare le condizioni chimiche e fisiche nelle nubi molecolari, le dense regioni di gas e polvere dove nascono nuove stelle e nuovi pianeti alieni. Spesso, queste regioni dell’Universo sono buie e oscure se guardate nella luce visibile. Ma appaiono brillanti nello spettro millimetrico e submillimetrico. Come dire che questa radiazione apre una finestra sull’enigmatico Universo freddo. Ma i segnali provenienti dallo spazio sono fortemente assorbiti dal vapore acqueo presente nell’atmosfera della Terra. Per questo i radiotelescopi devono essere costruiti in siti elevati e secchi come quello di 5000 metri dell’altopiano di Chajnantor. Il sito cileno del più alto osservatorio astronomico sulla Terra. L’Eso con i suoi 15 partner internazionali sta costruendo qui l’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (Alma), il più grande progetto astronomico esistente. Il sito di Alma, circa 50 chilometri ad est di San Pedro di Atacama nel nord del Cile, è uno dei luoghi più secchi della Terra. I migliori astronomi del mondo vi possono trovare condizioni ineguagliabili per l’osservazione. Ma devono gestire un osservatorio di frontiera in condizioni molto difficili. Il Chajnantor è 750 metri più in alto dell’osservatorio di Mauna Kea e 2400 metri più in alto del Very Large Telescope dell’Eso sul Cerro Paranal. Quando sarà pienamente operativo, Alma comporrà un telescopio singolo di design rivoluzionario, composto inizialmente da 66 antenne ad alta precisione che 
opereranno a lunghezze d’onda fra gli 0,3 e i 9,6 millimetri. La parte principale di Alma avrà cinquanta antenne, di 12 metri di diametro, che agiranno insieme come un singolo telescopio. Cioè un interferometro. Una serie compatta di quattro antenne di dodici metri e dodici antenne di 7 metri è complementare ad esso. Le antenne possono essere mosse in remoto nell’altopiano desertico per distanze dai 150 metri ai 16 chilometri, che danno ad Alma un potente zoom di lunghezza variabile. Sarà in grado di sondare l’Universo con sensibilità e risoluzione senza precedent per una visione fino a dieci volte più precisa di quella del Telescopio Spaziale Hubble e potrà integrare le immagini ottenute dall’interferometro VLT. Alma studierà la radiazione residua del Big Bang, gli elementi che costituiscono le stelle, i sistemi planetari, le galassie, la vita stessa, fornendo agli scienziati dettagliate immagini di stelle e pianeti nati in nuvole di gas, vicino al nostro Sistema Solare, e individuando galassie distanti che si formano ai confini dell’Universo osservabile. Che noi vediamo all’incirca, sempre sulla base della Relatività di Einstein, come erano dieci miliardi di anni fa. Alma consentirà agli astronomi di rispondere ad alcune delle domande più affascinanti sulle origini del nostro Universo. La costruzione di Alma verrà completata nel 2013, ma le prime osservazioni scientifiche con una parte della serie di antenne è già iniziata. Attualmente la schiera di antenne radio di Alma è composta solamente da circa un terzo delle 66 totali, e le separazioni raggiungono i 125 metri invece che il massimo di 16 chilometri. Ma Alma è già divenuto il miglior telescopio del suo genere, considerato il numero di astronomi che hanno richiesto tempo osservativo nel sito. “Anche in questa fase iniziale Alma batte già gli altri strumenti submillimetrici – fa notare Tim de Zeeuw, Direttore Generare dell’Eso, il rappresentatnte europeo in Alma. “L’aver raggiunto questo traguardo rappresenta un tributo ai notevoli sforzi di molti scienziati e tecnici, di tutte le zone del mondo che hanno contribuito ad Alma, che hanno reso possibile il progetto”. Alma è decisamente diverso dai telescopi che operano in luce visibile o infrarossa. È una schiera di antenne tra loro collegate che funziona come un singolo telescopio gigante a caccia di lunghezze d’onda molto più lunghe di quelle della luce visibile. Le immagini del Cosmo così formate sono perciò ben diverse da quelle normalmente più conosciute. Osservazioni come questa di Alma aprono una nuova finestra nell’Universo submillimetrico e sono fondamentali per aiutare gli scienziati a capire come gli scontri tra le galassie possono innescare la formazione di nuove stelle e pianeti. Questo è solo uno degli esempi di come Alma possa svelare particolari dell’Universo che non sono altrimenti visibili con telescopi ottici o infrarossi. Questa prima fase di “Early Science” avrà la durata di nove mesi. Alma, data la mole dei progetti presentati, poteva accettarne solo un centinaio. Ciò nonostante nei mesi scorsi gli astronomi interessati hanno inviato più di 900 proposte osservative da tutto il pianeta. Questo eccesso di un fattore 9 nelle richieste, è giudicato dall’Eso come un vero record per un nuovo telescopio. I progetti da realizzare sono stati scelti in base al merito
scientifico, alla distribuzione geografica e alla rispondenza agli obiettivi scientifici principali di Alma. Partecipano anche scienziati italiani. “Stiamo vivendo un momento storico per la scienza, in particolare per l’astronomia, e forse anche per l’evoluzione dell’umanità poichè iniziamo ad utilizzare il più grande osservatorio oggi in costruzione” – rivela Thijs de Graauw, Direttore di Alma. Uno dei progetti scelti per le prime osservazioni di Alma è di David Wilner dell’Harvard–Smithsonian Center for Astrophysics di Cambridge (Massachusetts, Usa). “Il mio gruppo – spiega Wilner – è alla ricerca dei mattoni costitutivi del sistema solare ed Alma è l’unico strumento adatto per individuarli”. L’obiettivo della sua ricerca è AU Microscopii, una stella lontana circa 33 anni luce che ha circa l’1% dell’età del Sole. “Useremo Alma per individuare i planetesimi nel disco di detriti che orbita intorno a questa giovane stella. Solo con Alma – spiega lo scienziato – possiamo sperare di scoprire, in queste fasce di asteroidi ricche di polveri, dei grumi che siano indicazione di pianeti ancora invisibili”. Wilner e collaboratori condivideranno i dati con un gruppi di astronomi europei che hanno richiesto di osservare con Alma questa stella. Spesso la ricerca di pianeti abitabili intorno ad altri astri inizia con la ricerca di acqua in questi sistemi solari periferici. Anche i dischi di detriti, gli sciami di particelle di polvere, il gas e le roccie in orbita attorno alle stelle possono contenere blocchi ghiacciati formati da acqua congelata, gas e molecole organiche. L’astrochimica della vita è, infatti, un altro obiettivo di Alma. Simon Casassus dell’Università del Cile e il suo gruppo, grazie ad Alma potranno osservare il disco di polvere e gas che circonda HD142527, una giovane stella a 400 anni luce dalla Terra. “Il disco di polvere attorno a questa stella presenta una lacuna molto profonda che potrebbe essere stata prodotta dalla formazione di pianeti giganti – spiega Casassus – ed all’esterno di questa lacuna il disco contiene gas a sufficienza per produrre una dozzina di pianeti delle dimensioni Giove, mentre all’interno un giovane pianeta gassoso gigante potrebbe essere tuttora in formazione se il gas è ancora disponibile”. La loro osservazione con Alma misurerà la massa e le condizioni fisiche del gas all’interno del disco. “Così Alma ci offre la possibilità di osservare la formazione dei pianeti o il suo più recente sviluppo” – rivela Casassus. Ancora più lontano, a circa 26.000 anni luce dal Sole, nel centro della nostra Galassia, si trova Sagittario A*, un buco nero supermassiccio, di massa pari a circa 4 milioni di volte la massa del nostro luminare. Il gas e la polvere tra noi e il buco nero lo nascondono ai telescopi ottici. Alma può penetrare la nebbia galattica e offrire agli astronomi una visione perfetta di Sagittario A*. “Alma ci permetterà di osservare lampi di luce provenienti dai dintorni del buco nero supermassiccio – fa notare Heino Falcke, 
astronomo alla Radboud University Nijmegen, in Olanda – e di vedere le nubi di gas imprigionate dal suo straordinario getto. Questo ci permettera di studiare le confuse abitudini alimentari del mostro. Pensiamo che parte del gas possa sfuggire alla sua presa a velocità vicine a quelle della luce”. Come i contorni in un libro da colorare, la polvere cosmica e il gas freddo delineano le strutture all’interno delle galassie anche se gli astronomi non riescono a vedere chiaramente le galassie stesse. Ai più reconditi margini dell’Universo visibile si trovano le misteriose galassie “starburst”, isole brillanti in un Cosmo freddo e apparentemente tranquillo. Alma dà la caccia ai gas freddi, traccianti della polvere, indietro nel tempo, all’inizio dell’Universo, cioè fino a poche centinaia di milioni di anni dopo il Big Bang, quello che gli astronomi chiamano Alba Cosmica. Masami Ouchi dell’Università di Tokyo in Giappone userà Alma per osservare Himiko, una galassia molto distante, circondata da una nebulosa gigante e luminosa, che sforna ogni anno stelle per almeno un centinaio di volte la massa del nostro Sole. “Gli altri telescopi non possono dirci perchè Himiko è così brillante – rivela Ouchi – e ha sviluppato questa enorme nebulosa caldissima, mentre il resto dell’Universo lì intorno è così calmo e buio. Alma ci può mostrare il gas freddo all’interno della nebulosa Himiko, che ne traccia i moti e le attività, e così potremo finalmente capire come hanno iniziato a formarsi le galassie all’alba dell’Universo”. Durante queste prime osservazioni, continuerà la fase di costruzione di Alma sulle Ande cilene. Ogni nuova antenna, equipaggiata per resistere al clima estremo, verrà inserita nella schiera e collegata con fibre ottiche. I dati raccolti da ognuna delle antenne verrano combinati in un’unica immagine da uno dei computer più veloci al mondo, costruito appositamente, il correlatore di Alma, che può eseguire 17 biliardi (1.7×10 alla 16ma potenza) di operazioni al secondo. Entro il 2013 la batteria di telescopi di Alma raggiungerà, con una schiera di 66 antenne radio ultra precise per onde millimetriche e submillimetriche che lavorano insieme, una dimensione di circa 16 chilometri. L’European Southern Observatory è la principale organizzazione intergovernativa di Astronomia in Europa e l’Osservatorio astronomico più produttivo al mondo. È sostenuto da 15 paesi: Austria, Belgio, Brasile, Danimarca, Finlandia, Francia, Germania, Gran Bretagna, Italia, Olanda, Portogallo, Repubblica Ceca, Spagna, Svezia e Svizzera. L’Eso svolge un ambizioso programma che si concentra sulla progettazione, costruzione e gestione di potenti strumenti astronomici da terra che consentano agli astronomi di realizzare importanti scoperte scientifiche. L’Eso ha un ruolo di punta nel promuovere e organizzare la cooperazione nella ricerca astronomica. Gestisce tre siti osservativi unici al mondo in Cile: La Silla, Paranal e Chajnantor. Sul Paranal, gestisce il Very Large Telescope, osservatorio astronomico d’avanguardia nella banda visibile e due telescopi per la “survey”. Vista, il più grande telescopio al mondo, lavora nella banda infrarossa, mentre il VST (VLT Survey Telescope) è il più grande telescopio progettato appositamente per scrutare il cielo in luce visibile. L’Eso attualmente sta progettando l’European Extremely Large Telescope, meglio conosciuto come E-ELT (Telescopio Europeo Estremamente Grande), della classe dei 40 metri di diametro (opererà nell’ottico e nell’infrarosso vicino) che diventerà “il più grande occhio del mondo rivolto al cielo”.
Nicola Facciolini
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