OBIETTIVO RAGGIUNTO GRAZIE A UN’ACCURATA “TIMING CALIBRATION”

Come ti aggiusto un orologio nello spazio

Il telescopio satellitare NuStar della Nasa è stato oggetto di un importante aggiornamento tecnico che gli consentirà di osservare per la prima volta le “pulsar millisecondo”. A condurre il team internazionale che ha lavorato su questa innovazione c’è l’astrofisico Matteo Bachetti dell’Inaf di Cagliari. Lo abbiamo intervistato

     03/03/2021
Social buttons need cookies

NuStar, acronimo di Nuclear Spectroscopic Telescope Array, è un telescopio satellitare ai raggi X lanciato in orbita dalla Nasa il 13 giugno 2012. Il suo scopo scientifico è l’osservazione dei fenomeni violenti ed esplosivi all’origine – fortunatamente lontano da noi – dell’emissione di raggi X. Resti di supernova, dunque, buchi neri supermassicci, stelle di neutroni e altri fenomeni per niente tranquilli.

In questo fotomontaggio Matteo Bachetti in primo piano e una rappresentazione artistica del telescopio satellitare ai raggi X NuSTAR. Crediti: Marco Giugliarelli/Famelab Italia (per la foto) e Nasa (per la rappresentazione artistica del satellite)

Tra i principali utilizzatori di NuStar in circolazione c’è Matteo Bachetti, astrofisico all’Inaf di Cagliari, che si occupa appunto delle cosiddette “alte energie”, sia analizzando i dati osservativi – e dunque facendo scienza in ambito astrofisico – sia lavorando al miglioramento tecnologico degli strumenti stessi. Per questi concentrati di tecnologia è necessario infatti una costante atività di aggiornamento che, se è già complicata per gli strumenti su cui i tecnici possono mettere le mani, diventa quasi proibitivo per quanto riguarda satelliti che orbitano, come il caso di NuStar, a oltre 600 km di quota. Strumenti fisicamente irraggiungibili, dunque. Tuttavia la loro manutenzione, a patto che siano progettati per consentire miglioramenti del software anche in corso di missione, non è impossibile.

Bachetti ha guidato un team internazionale di astronomi e ingegneri per la messa a punto di un aggiornamento molto importante per i rivelatori di NuStar i cui dettagli sono appena stati pubblicati su The Astrophysical Journal. Questo upgrade consentirà al telescopio di osservare per la prima volta le pulsar millisecondo: oggetti relativamente piccoli ma mostruosamente veloci che girano su se stessi anche 700 volte al secondo.

Bachetti, quando è iniziata questa ricerca e perché ha scelto di dedicare tutti questi anni – tra le altre cose – a un aspetto così tecnico e così poco “romantico” della scienza astronomica?

«Nel 2012, poco dopo il lancio del satellite, mi sono reso conto che la misura dei tempi di arrivo del segnale da parte di NuStar era poco precisa. È facile rendersene conto quando si osservano pulsar, perché la loro rotazione è tipicamente molto stabile, e se si vedono i picchi delle pulsar arrivare troppo presto o troppo tardi, tipicamente è perché il tuo orologio è sbagliato. Chiariamo, NuStar non è stato concepito per cercare pulsar. Ma io e i colleghi ci siamo chiesti se non fosse possibile capire qualcosa in più del funzionamento dell’orologio di bordo, e permettere a NuStar di studiare fenomeni molto più veloci».

Com’è stato possibile eseguire aggiornamenti e manutenzione su un oggetto in orbita?

«Bisogna lavorare un po’ come degli hacker, facendo reverse engineering: si studia a lungo come gli strumenti rispondono a un certo tipo di segnale o ad altri fattori, come la temperatura o l’orientazione, e in questo modo si cerca di capire cosa sta succedendo e si applicano dei correttivi. Bisogna unire expertise molto diverse: uno dei problemi che abbiamo riscontrato riguardava la temperatura dell’orologio, un altro la poca precisione temporale di due delle stazioni di terra che usavamo come riferimento, un altro ancora la misura dei delay (ritardi, ndr) nell’elettronica di bordo».

Cosa può osservare NuStar, ora che avete fatto questi aggiornamenti, rispetto a prima?

«I vantaggi più immediati sono, appunto, sullo studio delle pulsar. Ora NuStar può non solo ottenere lo spettro di una pulsar, ma anche capire come lo spettro varia durante tutte le varie fasi della rotazione della stella, che dura pochi millisecondi. Un po’ la differenza tra guardare nel cestello della lavatrice e vedere una macchia indistinta o distinguere le magliette rosse dalle camicie porpora. In più, avendo un riferimento temporale preciso, si possono sincronizzare altri strumenti a terra e in volo, e cercare le controparti di un’onda gravitazionale o di un fast radio burst».

Solitamente con quali strumenti si osservano le pulsar al millisecondo, e con quali risultati?

«Ci sono satelliti nati per l’osservazione delle pulsar, come ad esempio Nicer. In genere, questi strumenti sono molto più sensibili (cioè, registrano molti più raggi X per unità di tempo) e nascono con orologi precisissimi, comandati tramite Gps. Tuttavia, NuStar ha due vantaggi: prima di tutto, vede raggi X a più alta energia, dove ad esempio si può studiare il meccanismo di accelerazione delle particelle che si pensa produca l’emissione radio, o si possono cercare linee spettrali per misurare il campo magnetico della stella; inoltre, riesce a ottenere delle immagini, e ciò permette di studiare sorgenti lontanissime e deboli, dove Nicer sarebbe incapace di distinguerle da altre sorgenti vicine e più forti».

Sono previsti altri aggiornamenti di questo tipo, o NuStar è già al massimo delle proprie possibilità?

«Stiamo continuamente aggiornando il modello man mano che accumuliamo più dati».


Per saperne di più:

  • Leggi su The Astrophysical Journal l’articolo “Timing Calibration of the NuSTAR X-Ray Telescope”, di Matteo Bachetti, Craig B. Markwardt, Brian W. Grefenstette, Eric V. Gotthelf, Lucien Kuiper, Didier Barret, W. Rick Cook, Andrew Davis, Felix Fürst, Karl Forster, Fiona A. Harrison, Kristin K. Madsen, Hiromasa Miyasaka, Bryce Roberts, John A. Tomsick e Dominic J. Walton