UNA “VIDEOCAMERA” DA UN MILIARDESIMO DI SECONDO

Ciak Cherenkov sotto l’Etna, buona la prima

Pieno successo per il primo test di integrazione fra il prototipo della fotocamera Chec, la Compact High Energy Camera per i piccoli telescopi dual-mirror di Cta, e il prototipo di telescopio Cherenkov Astri-Horn di Serra La Nave, gestito dall’Inaf di Catania

La fotocamera prototipale Chec-S. Crediti: Christian Foehr (Mpik)

Prototipo su prototipo. È avvenuto lunedì 29 aprile, con l’installazione dello strumento Chec-S sul telescopio Astri-Horn di Serra La Nave, in Sicilia, alle pendici dell’Etna. Chec-S è il prototipo della fotocamera Chec, la Compact High Energy Camera per i piccoli telescopi di Cta, il futuro Cherenkov Telescope Array. Piccoli telescopi come, appunto, Astri-Horn, che è a sua volta uno dei tre prototipi in gara per i 70 Small-Sized Telescopes (Sst) di Cta. Il 29 aprile, dicevamo, l’installazione. E già il giorno successivo, subito dopo l’accensione della fotocamera, la prima luce: migliaia di eventi Cherenkov, tutti acquisiti nella prima sera di osservazioni. Tutto senza che si sia reso necessario alcun riallineamento dell’ottica del telescopio a seguito del montaggio di Chec. Le immagini sono apparse da subito nitide e a fuoco, con la cosiddetta Pfs del telescopio – la point spread function, un parametro usato dagli astrofisici per valutare come un sistema di imaging vede una sorgente puntiforme – in buon accordo con la dimensione dei pixel della fotocamera.

Un risultato preceduto dall’osservazione della Nebulosa del Granchio alle energie del TeV – la prima mai compiuta con un telescopio Cherenkov in configurazione a doppio specchio – ottenuta, in quel caso, con la fotocamera Cherenkov prototipale di Astri, rispetto alla quale Chec rappresenta un’alternativa in grado di funzionare su entrambi i prototipi di Stt dual-mirror di Cta. Chec-S, in particolare, è un fotomoltiplicatore al silicio formato da 2048 pixel, che installati su Astri-Horn coprono un campo di vista di circa 9 gradi per 9.

Ciò che rende Chec una fotocamera unica per Sst a doppio specchio è la sua capacità di catturare la luce Cherenkov non come immagini fisse ma come “film”: una sorta di video da centinaia di fotogrammi, ciascuno della durata di un miliardesimo di secondo. L’animazione qui sotto lo mostra con chiarezza. A sinistra si vedono i singoli sciami – “docce”, in gergo –  attraversare il campo di vista della fotocamera, mentre a destra viene mostrata la carica collezionata da ciascun pixel. La maggior parte di queste immagini è il risultato di “docce” innescate – a centinaia di metri dal telescopio – da raggi cosmici con energia pari a centinaia di TeV.

Crediti: Jason Watson (Oxford/Mpik)

Due le caratteristiche che immediatamente si notano. Anzitutto, dall’immagine fissa (quella a destra) non è facile capire la direzione di provenienza dello sciame. È un po’ come osservare un treno con due locomotori a entrambi i lati: per sapere qual è quello di testa bisogna guardarlo mentre si muove. Qui avviene esattamente la stessa cosa: osservando il riquadro a sinistra ogni ambiguità sparisce, e diventa subito evidente da quale direzione è giunta la luce Cherenkov. Secondo aspetto degno di rilievo è che ciascuna di queste immagini ha una durata di 128 nanosecondi: ciò consente alla luce Cherenkov di propagarsi lungo l’intero campo di vista senza interruzioni, cosa che non era possibile con le fotocamere Cherenkov di generazione precedente.

Il telescopio Astri a Serra La Nave, Catania. Crediti: Astri/Inaf

«L’integrazione di Chec-S su Astri è stata estremamente facile. Abbiamo dimostrato che i team possono lavorare insieme in modo efficiente, e che su un telescopio a due specchi come Astri, la fotocamera Chec funziona bene», dice Richard White, group leader al Max-Planck-Institut für Kernphysik e coordinatore del progetto Chec. «Otteniamo immagini Cherenkov nitide e pulite che attraversano la fotocamera, e i risultati corrispondono quasi alla perfezione a quanto previsto dalle simulazioni Monte Carlo. Entrambi i team hanno lavorato sodo per giungere a questo risultato, e sono estremamente grato per il loro impegno».

«Il successo dell’integrazione di Chec-S su Astri-Horn», aggiunge il project manager di Astri-Horn, Salvatore Scuderi, ricercatore all’Inaf di Catania, «è il risultato da una parte dell’elevata qualità del design del telescopio, pensato per permettere il montaggio di altre camere Cherenkov adatte a un disegno ottico a due specchi, e dall’altra dell’accurato lavoro di preparazione e supporto del team Astri».

Il passo successivo è atteso per metà giugno, quando i due team Chec e Astri-Horn tenteranno le osservazioni con la luce lunare: una prova cruciale per verificare che il sistema soddisfi alcuni fra i requisiti più severi di Cta.

Fonte: “CHEC-S Camera Achieves First Light on the ASTRI-Horn Telescope