IL PRIMO SATELLITE PER ASTRONOMIA X CON TECNOLOGIA ‘LOBSTER-EYE’

Cina a caccia di materia oscura con occhi d’aragosta

Ha dimensioni ridotte, un peso di soli 50 kg ed è capace di focalizzare la luce sfruttando una tecnologia della quale nessun satellite X è mai stato dotato. È il “Lobster-Eye X-ray Satellite”, il telescopio lanciato dalla Cina lo scorso 25 luglio e ora in orbita attorno alla Terra alla ricerca del neutrino sterile. Con il commento di Paolo Soffitta, primo ricercatore all’Inaf Iaps di Roma

     28/07/2020
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Alle ore 3 e 14 ora italiana di sabato scorso, 25 luglio, dal cosmodromo di Taiyuan, a bordo del razzo Long March 4B, la Cina ha lanciato il telescopio per raggi X “Lobster-Eye”. Dopo il lancio di Tianwen-1 – la prima missione cinese di esplorazione di Marte, lanciata due giorni prima dal Centro spaziale di Wenchang – per la Repubblica popolare arriva così un altro successo. A darne la notizia con un tweet è Andrew Jones, giornalista di SpaceNews che sta seguendo tutti i lanci del programma spaziale cinese.

 

Poco meno di un’ora dal lancio e già la China Aerospace Science and Technology Corporation (Casc), la principale impresa appaltatrice in ambito spaziale del paese, dà la notizia dell’avvenuto inserimento del satellite nell’orbita programmata attorno alla Terra. Un comunicato stampa  dell’Università di Hong Kong, coinvolta nello sviluppo del satellite, annuncia infine di aver ricevuto il primo segnale del telescopio, uno strumento in grado di fare astronomia X guardando il cielo con “occhi” completamente nuovi.

Il momento del lancio del “Lobster-Eye X-ray Satellite” dal cosmodromo di di Taiyuan, a bordo del razzo vettore Long March 4B. Il carico dell’ogiva del razzo comprendeva inoltre i due satelliti cinesi Tianqi-10 e Ziyuan-3. Crediti: Università di Hong Kong

Lo strumento in questione, chiamato anche Nju-Hku No.1 satellite (Hong Kong University Satellite No.1) è il frutto di cinque lunghi anni di sforzi scientifici e tecnologici condotti dall’Università Nan jing (Nju), dal Laboratory for Space Research (Lsr) dell’Università di Hong Kong (Hku), dalla China Aerospace Science e Technology Corporation (Casc) e dall’Ases Spaceflight Technology Company. Il suo funzionamento si basa su una nuova strategia di focalizzazione della luce chiamata Lobster-Eye (occhio di arogosta), un nome che fa già intuire cosa ci sia dietro a questa tecnologia di imaging: una visione grandangolare ispirata, appunto, a quella dell’aragosta, resa possibile da occhi composti di unità elementari analoghi agli ommatidi, che caratterizzano questo crostaceo. Una tecnologia della quale, prima d’ora, nessun satellite per astronomia X era mai stato dotato.

Ma questo non è l’unico punto di forza del satellite Lobster-Eye. Il telescopio per raggi X – lo vedete nell’immagine qui sotto durante i test finali prima del lancio – può contare infatti su dimensioni ridotte e un peso di soli 50 kg.  Si tratta insomma di un concentrato di tecnologia, in grado di rilevare raggi X nel regime energetico dei cosiddetti raggi X “molli” (quelli con una lunghezza d’onda superiore a 0,1 nm). Uno dei suoi obiettivi scientifici è la ricerca di un particolare tipo di neutrino che si pensa possa essere un candidato per la materia oscura – dunque ipotetico, e sin’ora sfuggente – chiamato neutrino sterile. Da qui il nome di “cacciatore di materia oscura” che è stato dato allo strumento.

Il satellite cinese per raggi X con tecnologia Lobster Eye durante i test finali prima del lancio. Crediti: Università di Hong Kong

«La tecnologia Lobster Eye è relativamente nuova», spiega a Media Inaf  Paolo Soffitta, primo ricercatore all’Inaf Iaps di Roma ed esperto in sviluppo di nuove tecnologie per osservazioni dallo spazio. «Infatti fu proposta già alla fine degli anni ’70 da Roger Angel dell’Università dell’Arizona, non a caso uno dei pionieri della polarimetria X. Solo recentemente, però, la tecnologia è avanzata sufficientemente da permetterne un utilizzo efficace. Viene chiamata in questo modo perché replica il funzionamento della visione caratteristica delle aragoste. Per questi crostacei, infatti, la visione non avviene tramite rifrazione da un cristallino, ma tramite riflessione della luce da migliaia di piccoli quadratini disposti su una superficie quasi sferica, verso la retina. Questa tecnica è stata riproposta nella banda dei raggi X dove la focalizzazione avviene per riflessione replicando la visione a largo campo di questi crostacei».

Paolo Soffitta (Inaf Iaps Roma), responsabile scientifico italiano di Ixpe (Imaging X-ray polarimery Explorer). Crediti: Patrizia Galliano / Media Inaf

«Per realizzare immagini nei raggi X a largo campo (decine di gradi), solitamente si utilizza la tecnica delle maschere codificate», continua Soffitta. «Questa tecnica permette di ricavare i flussi e le immagini delle sorgenti X correlando spazialmente i “pieni” e i “vuoti” , generati dalle sorgenti celesti sul rivelatore, con la sequenza di pieni e vuoti di una maschera (appunto codificata). Questa tecnica però integra il fondo su tutto il rivelatore, ed è perciò poco sensibile per sorgenti deboli. La tecnica Lobster-Eye, invece, “focalizza” la radiazione in una porzione molto piccola del rivelatore, analogamente alle ottiche per raggi X convenzionali e il fondo, perciò diventa ordini di grandezza minore. Le ottiche Lobster Eye focalizzano su campi di vista di decine di gradi grazie alla forma sferica. Purtuttavia, queste ottiche sono sensibili solo a energie minori di 10 keV – ma più spesso minore di 2 keV. Si possono, perciò, utilizzare come rivelatori o micro-channel plate che non hanno risoluzione energetica, o Cccd-X che hanno una energia di soglia piuttosto alta. Purtroppo in questa banda di energia la rivelazione dei raggi X non permette, per esempio, di discriminare i lampi X prodotti da stelle di neutroni in accrescimento nella nostra galassia dalla coda X dei lampi gamma prodotti da esplosioni di stelle massicce in galassie esterne anche ad alto red-shift, o i flares coronali delle stelle attive. Questo capacità di discriminazione dovuta a una banda estesa in energia permette alle tecniche a maschere codificate di giocare ancora un ruolo».

Quanto alla scienza che il telescopio sarà in grado di fare, conclude il ricercatore, «la tecnica dei Lobster Eye è impiegata a bordo di Bepi-Colombo – nell’esperimento Mixs-C – per studiare le righe di fluorescenza dal suolo di Mercurio; a bordo di Svom (Space Variable Objects Monitor), che volerà nel 2021; e su Smile (Solar Wind Magnetosphere Ionosphere Link exoplanet), che verrà lanciato nel 2023. È inoltre impiegato in Theseus (Transient High-Energy Sky and Early Universe Surveyor), una missione M dell’Esa a guida italiana per adesso impegnata nella fase competitiva di studio insieme ad altre due missioni. Grazie alle capacità di fare immagini a largo campo ma con un basso livello di fondo, è possibile studiare sorgenti deboli anche estese. Questo a partire da fenomeni “locali”, derivanti dall’interazione del vento solare con la nostra magnetosfera e con le comete nel Sistema solare, fino alle lontanissime galassie attive e ammassi di galassie.  Per queste ultime, l’eccesso di radiazione, ancora non osservato, potrebbe rivelare la presenza di una possibile componente della materia oscura quale il neutrino sterile, così chiamato perché interagisce con l’ambiente circostante solo per gravità ma che oscilla in neutrino ordinario emettendo raggi X».

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