MEZZO SECOLO DI ASTRONOMIA GAMMA

Buon compleanno, Whipple! Firmato: Astri

Cosa lega con un filo rosso l'Arizona alla Sicilia? Risposta: i cosiddetti telescopi Cherenkov. Cinquant’anni fa sul Mount Hopkins, qualche decina di chilometri a sud di Tucson, veniva inaugurato il telescopio Whipple, destinato ad aprire l’era della moderna astronomia gamma. Il prossimo 10 novembre, sul Monte Etna, il prototipo Astri – apripista di Cta, la futura schiera di telescopi Cherenkov – verrà intitolato a Guido Horn d’Arturo, ideatore degli specchi a tasselli

Dal 09.11.2018 al 10.11.2018

Mt. Hopkins, Tucson, Arizona, 23 ottobre 1968: Fred Lawrence Whipple (al centro), direttore dello Smithsonian Astrophysical Observatory, inaugura il riflettore da 10 metri per astronomia gamma. che prenderà poi il suo nome nel 1981. Crediti: Wystan Benbow, Smithsonian Astrophysical Observatory

Se non fosse già stato sostituito da telescopi simili ma più moderni, al Fred Lawrence Whipple Observatory, in Arizona, il telescopio Whipple avrebbe appena spento cinquanta candeline. Il riflettore ottico di dieci metri di diametro, destinato allo studio dell’astronomia a raggi gamma mediante la rilevazione della luce Cherenkov atmosferica, venne infatti ufficialmente inaugurato il 23 ottobre 1968. Vale la pena ricordarlo, perché questo antesignano degli attuali telescopi per le altissime energie ha segnato alcuni capisaldi dell’astronomia gamma.

Nel 1989 fu rilevata proprio dal telescopio Whipple la prima sorgente galattica di radiazione gamma di alta energia, nella regione del TeV (tera-elettronvolt). L’emissione era dovuta alla Nebulosa del Granchio, la nube di gas e polveri in espansione a velocità molto elevate a seguito dell’esplosione di una supernova nel 1054. La Nebulosa del Granchio è usata ancora oggi come «candela» standard per l’astrofisica gamma, essendo la sorgente più luminosa nella nostra galassia con spettro di emissione ad alta energia.

«Lo specchio del Telescopio Whipple è uno dei primi che ho visto nella mia carriera», racconta a Media Inaf Anna Wolter, ricercatrice all’Osservatorio astronomico dell’Inaf di Brera, «e mi ha emozionato vedere la foto dell’inaugurazione nel 1986. Ho trascorso un periodo di lavoro in America allo Smithsonian Astrophysical Observatory alla fine degli anni ’80, e ricordo benissimo Fred Whipple. Era un vero gentleman, e credo sia andato a lavorare fino all’ultimo giorno, era molto appassionato del suo lavoro. Conservo un bellissimo ricordo di lui».

Pulsar del Granchio nell’omonima Nebulosa. Crediti: Hubble Space Telescope / Chandra – Nasa

In seguito Whipple scoprì anche due sorgenti gamma extragalattiche, i nuclei galattici attivi Markarian 421 e Markarian 501, cambiando definitivamente le sorti dell’astronomia gamma e aprendo le porte allo studio dello spettro elettromagnetico nelle regione dei raggi gamma di altissima energia (tra i 30 GeV e i 30 TeV). Tali emissioni sono legate a fenomeni relativistici estremi e alla accelerazione di raggi cosmici.

Il telescopio Whipple ha fatto da precursore ai grandi telescopi Cherenkov ora utilizzati per osservazioni di raggi gamma ad alta energia da terra. La maggior parte dei dati sperimentali sui fotoni gamma nella regione del TeV vengono ottenuti infatti con l’utilizzo dei cosiddetti Imaging Atmospheric Cherenkov Telescopes (Iacts), capaci di rivelare i fotoni Cherenkov prodotti dall’interazione con l’atmosfera terrestre dei raggi gamma di origine cosmica.

Attualmente sono operativi a terra tre grandi rivelatori Iact: MagicVeritas nell’emisfero nord, rispettivamente alle Canarie e in Arizona, e Hess nell’emisfero sud, in Namibia.

Il telescopio Whipple nel 1982. Crediti: Isabella Gioia, Inaf

Il telescopio Whipple è stato anche il primo telescopio Cherenkov dotato di uno specchio “a tasselli”. La paternità dell’idea degli specchi tassellati è dell’astronomo italiano Guido Horn d’Arturo, che negli anni ‘30 del secolo scorso rivoluzionò lo sviluppo della moderna astronomia osservativa con una metodologia di costruzione degli specchi astronomici assolutamente innovativa. Horn d’Arturo pensò infatti di usare un mosaico di tasselli al posto di specchi monolitici per potere realizzare telescopi di grandi dimensioni. Horn, direttore dell’Osservatorio astronomico di Bologna, dopo avere subito le discriminazioni a causa delle famigerate leggi razziali al tempo del fascismo, realizzò finalmente negli anni immediatamente seguenti la seconda guerra mondiale un telescopio di 1.8 metri nella specola di Bologna, con specchio primario basato su 160 tasselli, grazie al quale effettuò osservazioni ad alta sensibilità del cielo di Bologna.

Questa idea è alla base anche dei moderni telescopi di grande dimensione sia a terra che nello spazio, come ad esempio il James Webb Space Telescope della Nasa (oltre sei metri di diametro) ed Elt, l’Extremely Large Telescope dell’Eso (39 metri di diametro), entrambi in via di realizzazione.

Il telescopio prototipale del progetto Astri, con diametro di 4 metri si trova nella stazione osservativa dell’Inaf Osservatorio Astrofisico di Catania a Serra La Nave, sull’Etna, dov’è stato installato nel 2014. Crediti: Astri/Inaf

Sul territorio italiano, il maggiore esempio di telescopio a specchio tassellato è Astri (Astrofisica con Specchi a Tecnologia replicante Italiana), installato al sito Inaf di Serra La Nave sulle pendici dell’Etna. Astri è un telescopio a due specchi, di cui il primario – di quattro metri di diametro – composto da diciotto segmenti esagonali. Il telescopio Astri è il prototipo degli small size telescopes nell’ambito della partecipazione Inaf al progetto Cherenkov Telescope Array (Cta), che rappresenta la prossima generazione di telescopi Iact per astronomia gamma da terra.

Proprio Horn d’Arturo, alla fine degli anni ’60, aveva preconizzato l’utilizzo della tecnica a tasselli per la realizzazione dei futuri telescopi Cherenkov. Per onorare la figura di Horn d’Arturo, il 10 novembre 2018 il telescopio di Astri verrà a lui dedicato, su iniziativa dell’Inaf e della Società astronomica italiana (Sait). Il giorno precedente (venerdì 9 novembre 2018) sarà inaugurata a Catania la mostra “Gli ASTRI di Horn” – realizzata dal Museo Ebraico di Bologna in collaborazione con le università di Bologna e Catania, Inaf e Sait – al Monastero dei Benedettini, proprio nei locali dove era ospitato l’Osservatorio di Catania quando Horn vi lavorava come giovane ricercatore. L’evento sarà preceduto da un convegno in cui si discuterà della figura di Horn e della sua legacy scientifica nei confronti dei moderni progetti astronomici basati sugli specchi a tasselli.