STRUMENTO SVILUPPATO IN PARTE ALL’INAF DI BRERA

Quando l’astrofotonica incontra l’olografia

È terminato martedì scorso alle Canarie il commisioning di Mcifu: un piccolo ma potente spettrografo infrarosso per studio dell’atmosfera di pianeti extrasolari. Ecco il resoconto della settimana di installazione e test scritto da uno degli scienziati coinvolti, Andrea Bianco dell’Inaf di Brera

Cupola del telescopio William Herschel. Crediti: H. Raab/Wikimedia Commons

Si è concluso martedì scorso, 23 luglio, dopo una settimana di lavori, il commissioning – ovvero la fase di installazione e collaudo – dello strumento Mcifu (multi-core integral field unit) al telescopio William Herschel (Wht), sull’isola di La Palma, alle Canarie. Si tratta di un piccolo, ma potente, spettrografo infrarosso che sfrutta le potenzialità dell’ottica adattiva – in particolare, il sistema Canary del Wht – per lo studio dell’atmosfera dei pianeti extrasolari, fornendo sia informazioni spettrali che spaziali grazie all’utilizzo di tecnologie innovative quali l’astrofotonica e l’olografia. Lo strumento Mcifu è nato da un’idea di Sebastiaan Haffert (Leiden University) ed è stato coordinato da Robert Harris (Universität Heidelberg). Lo sviluppo è avvenuto nell’ambito del progetto europeo Opticon, uno fra i più importanti progetti per lo sviluppo di nuove tecnologie per l’astronomia, di cui fa parte anche l’Inaf.

Immagine dello spettrografo (in alto) e (in basso da sinistra) dettagli delle microlenti stampate in 3D sulla fibra multicore, la fenditura riformattata e il reticolo olografico innovativo. Crediti: R. Harris, A. Zanutta

Mcifu consiste in una fibra ottica monomodale multicore, dove su ciascuno dei 73 core è stata realizzata una microlente mediante stampa 3D. Nel momento in cui questa fibra ottica viene posta nel fuoco corretto – attraverso l’ottica adattiva del telescopio – essa raccoglie la luce di un campo di vista piccolo, ma molto dettagliato. All’altra estremità, la fibra è sagomata a formare una fenditura che alimenta lo spettrografo. Quest’ultimo registra uno spettro per ogni core della fibra, così da consentire la cosiddetta spettroscopia a campo integrale (Ifs, da integral field spectroscopy).

La realizzazione di questa fibra ottica innovativa nasce dalla collaborazione in Opticon delle università di Heidelberg (Germania), Bath (Uk) e Heriot-Watt (Uk). Lo spettrografo, il cui progetto ottico è della Leiden University, è caratterizzato da un reticolo olografico innovativo di “tipo Vphg” (volume phase holographic gratings), che divide l’intervallo spettrali in tre, mimando uno strumento echelle, e che è stato sviluppato all’Osservatorio astronomico dell’Inaf di Brera, insieme alla meccanica e all’integrazione dello spettrografo.

Lo strumento permette di ottenere una risoluzione spettrale di 5000 nell’intervallo 1 – 1.6 micron, e ha le dimensioni di una scatola di scarpe: un fattore 5 più piccolo, dunque, di dispositivi con prestazioni analoghe. Questo grazie al fatto di lavorare con l’ottica adattiva. Inoltre, essendo stato progettato per lavorare in regime del limite di diffrazione, Mcifu può essere usato su qualsiasi telescopio munito di ottica adattiva.

Spettro di (Epsilon Cygni, 53 Cygni) registrato con Mcifu al Wht. Crediuti: S. Haffert, A. Zanutta

L’obiettivo principale di Mcifu è lo studio in modo non ambiguo dell’atmosfera di pianeti extrasolari, grazie alla combinazione fra immagine ad alto contrasto ottenute mediante l’ottica adattiva e la fibra multicore con una risoluzione spettrale elevata. Ciò consente di limitare il rumore dovuto al forte segnale della stella attorno al quale il pianeta orbita di ottenere le firme delle sostanze presenti nell’atmosfera del pianeta stesso.

Le prove in cielo condotte nei giorni scorsi hanno dimostrato che questo piccolo strumento funziona. E funziona assai bene: è stato possibile registrare spettri di stelle (Aljanah), stelle doppie come Albireo e oggetti estesi come i satelliti Io ed Europa. Il prossimo passo sarà la registrazione dello spettro di un sistema planetario, accoppiando lo strumento a un sistema di ottica adattiva ad altre prestazioni (extreme adaptive optics). Inoltre si spera che questo strumento possa fare da apripista ad altre strumentazioni più performanti da montare su telescopi “adattivi” della classe 8-10 metri.

Il team che ha preso parte alla missione. Da sinistra: Robert Harris (Universität Heidelberg), Sebastiaan Haffert (Leiden University), Fraser Pike (Heriot-Watt University), Andrea Bianco, Giulio Riva, Alessio Zanutta e Edoardo Redaelli (Inaf – Osservatorio astronomico di Brera). Crediti: A. Zanutta