UNA COMMESSA PER OLTRE 25MILA SENSORI

Occhi di silicio per i telescopi Astri

L’Istituto nazionale di astrofisica compie un altro importante passo avanti per la realizzazione del mini-array di telescopi gamma Astri: assegnata ad Hamamatsu Photonics Italia, per un importo superiore al milione di euro, la gara per la realizzazione dei sensori al silicio che equipaggeranno le camere a immagini degli innovativi telescopi a doppio specchio “made in Inaf”

La stretta di mano tra il presidente dell’Inaf Nichi D’Amico (a sinistra) e Koei Yamamoto, Senior Managing Director di Hamamatsu Photonics KK . Crediti: A. Di Luca

L’Istituto nazionale di astrofisica (Inaf) compie un altro passo avanti per la realizzazione del mini-array di 9 telescopi per astronomia delle alte energie Astri, assegnando alla sezione italiana della Hamamatsu Photonics la realizzazione di oltre 25 mila sensori al silicio SiPM (Silicon Photo-Multiplier) a valle di un bando competitivo per un importo finale di 1,03 milioni di euro. I sensori SiPM andranno a rivestire le camere Cherenkov a largo campo di vista basate su tecnologia innovativa “made in Inaf”, che saranno montate ai piani focali dei telescopi Astri, progettati per osservare l’universo nei raggi gamma.

Le tecnologie d’avanguardia del mini-array Astri fanno riferimento a quelle sviluppate e già utilizzate per il primo telescopio prototipale Astri-Horn, già operativo da alcuni anni presso il sito astronomico Inaf sulle pendici dell’Etna. In particolare, i telescopi Astri adottano per la prima volta una configurazione ottica a largo campo di tipo Schwarzschild-Couder a due specchi, la cui funzionalità è stata provata recentemente con l’osservazione della nebulosa del Granchio in raggi gamma con il telescopio Astri-Horn. L’Inaf considera molto importante lo sviluppo del mini-array Astri, sia per produrre dati allo stato dell’arte, sia per acquisire esperienza in vista della successiva implementazione del progetto internazionale Cherenkov Telescope Array Observatory (Ctao), che prevede l’utilizzo di un numero di telescopi molto grande (118) distribuiti in due siti nell’emisfero nord e sud della Terra.

Camera prototipale Astri basata su sensori SiPM

La camera Cherenkov sviluppata dall’Inaf per il piano focale di ciascun telescopio, grazie alla configurazione a due specchi, è molto compatta (appena 60 cm in diametro) ed è basata su elettronica e sistemi elettro-meccanici innovativi. Ogni camera, il cui piano di rivelazione è curvo per esigenze tecniche, monterà circa 2400 sensori quadrati al silicio di tipo SiPM, con lato di circa 7 mm. Per il progetto Astri/Mini-array verranno realizzate undici camere in totale, di cui una per attività di ingegnerizzazione e qualifica e una di riserva. I sensori SiPM rappresentano l’ultima generazione di sistemi per la rivelazione della luce. L’alta efficienza di foto-rivelazione e una grande area di raccolta li rendono assai efficienti per la rivelazione fotoni gamma emessi da sorgenti celesti.

«Una giornata importantissima», commenta il presidente dell’Inaf Nichi D’Amico a seguito dell’assegnazione della gara ad Hamamatsu, «una milestone scientifica notevole, perché diamo il via alla costruzione del mini-array di telescopi. È il passaggio dal prototipo di Astri al mini-array, uno dei precursori più importanti di Cta. Si tratta di una sfida, perché i dispositivi che abbiamo chiesto di costruire ad Hamamatsu sono tecnologicamente avanzatissimi, e questo è importante perché iniettiamo innovazione nel sistema industriale: sono dispositivi che un domani potrebbero avere applicazioni in tanti campi, e quindi siamo fieri di questo».

«Siamo orgogliosi di partecipare al progetto Astri», ribadisce Koei Yamamoto, senior managing director di Hamamatsu Photonics K.K. (Giappone), «fornendo sensori a stato solido di grandi dimensioni e basso rumore. Stiamo raccogliendo i frutti dell’attività di ricerca e sviluppo, iniziata già alcuni anni fa, che ci ha permesso di vincere questa sfida tecnologica che potrà trovare applicazione anche in altri settori, come ad esempio nell’imaging biomedicale».

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Informazioni sul progetto Astri e la tecnica Cherenkov

Il progetto Astri (Astrofisica con Specchi a Tecnologia replicante Italiana) è coordinato da Inaf, con il sostegno del Ministero dell’Istruzione, dell’Università e della Ricerca (Miur) e la collaborazione con diversi partner nazionali e internazionali (Università di Padova e Perugia, Infn, Universidade de São Paulo and Fapest – Brazil, North-West University South Africa). L’obiettivo è la progettazione, implementazione e uso astronomico per la comunità scientifica Italiana e internazionale di un gruppo di 9 telescopi a per osservazioni in raggi gamma di altissima energia da Terra con tecnica Cherenkov, nella regione spettrale nei raggi gamma – pressoché inesplorata anche con i più moderni acceleratori di particelle – fino a 300 TeV. Le osservazioni di Astri permetteranno di studiare fenomeni di importanza fondamentale per comprendere il nostro Universo, come ad esempio l’origine e l’accelerazione in resti di Supernova dei raggi cosmici e la fisica in regime relativistico correlata all’emissione di fotoni gamma in Nuclei galattici attivi.

Il mini-array Astri adotta la tecnica Cherenkov per l’osservazione dei raggi gamma. Questi strumenti utilizzano la rivelazione della cosiddetta luce Cherenkov che si genera nell’interazione dei raggi gamma con l’atmosfera. I raggi gamma di alta energia entrando in contatto con l’atmosfera terrestre producono cascate di particelle subatomiche; queste particelle molto energetiche possono viaggiare nell’aria ancor più celermente della velocità della luce, dando luogo a un debole (e brevissimo, dell’ordine del miliardesimo di secondo) lampo di luce bluastra che, una volta raccolto dai telescopi, può essere ricondotto all’emissione primaria in raggi gamma.