SPERIMENTATA UNA TECNICA DI RICICLO DELLA “LUCE PARASSITA”

NuStar: non si butta via niente

La particolarità del disegno dell’osservatorio a raggi X NuStar della Nasa ha reso possibile agli astronomi l’utilizzo della “stray light” – ovvero la luce indesiderata proveniente da oggetti non osservati direttamente – per studiare una pulsar. Fra gli autori dello studio, pubblicato su “The Astrophysical Journal”, l’astronomo Matteo Bachetti dell’Inaf di Cagliari

     02/03/2022
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Rappresentazione del telescopio a raggi X NuStar. Le due componenti principali sono separate da una struttura di 10 metri chiamata albero dispiegabile, o braccio. La luce viene raccolta a un’estremità del braccio e viene focalizzata lungo la sua lunghezza prima di colpire i rivelatori all’altra estremità.Crediti: Nasa/Jpl-Caltech

Per quasi dieci anni, l’osservatorio spaziale a raggi X NuStar (Nuclear Spectroscopic Telescope Array) della Nasa ha studiato oggetti e fenomeni ad alta energia nell’universo – come fusioni di stelle e buchi neri attivi al centro delle galassie. Durante tutte le indagini scientifiche poi – e un po’ a causa della conformazione stessa del telescopio – gli scienziati hanno dovuto fare i conti con la luce parassita che penetra dai lati del telescopio spaziale, che può interferire con le osservazioni aggiungendo fotoni provenienti da altri corpi celesti non direttamente osservati.

«Straylight è il termine con cui si indica della luce che non proviene dalle sorgenti che si stanno osservando, ma da altre sorgenti non inquadrate dal telescopio» spiega a Media Inaf  Matteo Bachetti, ricercatori postdoc dell’Inaf di Cagliari. «Queste altre sorgenti sono talmente brillanti, che la loro luce rimbalza negli elementi del telescopio fino a finire nel campo focale e quindi ad essere registrata nelle immagini».

Banchetti è il coautore di un articolo pubblicato la settimana scorsa su The Astrophysical Journal in cui, però, da ospite indesiderato la straylight diventa una vera e propria risorsa: nello studio, infatti, i ricercatori descrivono, per la prima volta, l’utilizzo di luce parassita raccolta dai detector di NuStar per studiare un oggetto ben preciso: una stella di neutroni. Un vero e proprio caso di astronomia di recupero, in perfetta assonanza con i tempi e le esigenze attuali.

«Tipicamente la straylight è un problema, una sorgente di rumore nelle osservazioni dei target principali», racconta il ricercatore. «L’unico caso in cui osservare tramite straylight è davvero conveniente è quando la sorgente sarebbe troppo brillante per il telescopio, tanto da “accecarlo” o metterne in pericolo la sicurezza. È abbastanza raro, ma succede: ad esempio, alcune osservazioni della Crab pulsar e se non sbaglio del Sole, sorgenti brillantissime, sono state effettuate in questo modo».

L’idea, dicevamo, proviene dai ricercatori del Caltech, che hanno deciso di dare uno sguardo a tutti i casi di osservazioni “sporcate da straylight”, notando che c’erano parecchie osservazioni di buona qualità che potevano essere sfruttate per lavori scientifici. L’articolo appena pubblicato, in particolare, utilizza la straylight di una famosa pulsar, Smc X-1, per studiarne la rotazione e il decadimento dell’orbita. Il sistema – che si trova in una delle due piccole galassie che orbitano intorno alla Via Lattea, la Piccola nube di Magellano (Small Magellanic Cloud in inglese, da cui l’acronimo Smc) – è formato da una stella di neutroni che orbita intorno a una stella “vivente”. La luminosità dell’emissione di raggi X di Smc X-1 sembra variare molto quando viene vista dai telescopi, ma decenni di osservazioni dirette (da NuStar ma non solo) hanno mostrato un pattern preciso nelle fluttuazioni. Ci sono una serie di ragioni per cui Smc X-1 cambia di luminosità quando viene studiato dai telescopi a raggi X: la luminosità a queste frequenze diminuisce, ad esempio, quando la stella di neutroni scompare dietro la stella compagna. Ma qual è il vantaggio di farlo in questo modo, anziché andare a osservarla direttamente, questa pulsar?

«Magari, nella competizione annuale per aggiudicarsi tempo osservativo, un programma scientifico centrato su Smc X-1 non avrebbe ottenuto tutto il tempo necessario per questo lavoro», risponde Bachetti. «Con questo metodo, NuStar ha potuto fare scienza con i target principali e con la pulsar in questione».

Naturalmente, i dati di luce parassita non possono sostituire le osservazioni dirette. Oltre al fatto che la luce parassita non è a fuoco, molti oggetti che NuStar può osservare direttamente sono troppo deboli per apparire nel catalogo della luce parassita. Osservare la frequenza e l’intensità dei cambiamenti di luminosità di una stella di neutroni attraverso questo metodo, però, può aiutare gli scienziati a decifrare cosa sta succedendo a questi oggetti. Le applicazioni possono riguardare la ricerca di modelli che descrivano le fluttuazioni in luminosità di una sorgente sul lungo periodo, oppure la rilevazione di un evento catastrofico o, più semplicemente, di comportamenti strani e inattesi in questi oggetti.

Per concludere, quindi, questo studio mostra innanzitutto la fattibilità e l’affidabilità dell’utilizzo di questa nuova tecnica per studiare alcuni oggetti come la pulsar Smc X-1, e apre le porte della curiosità dei ricercatori per l’individuazione di nuovi casi scientifici nel database di NuStar.

E infine, bisogna dirlo, non è un caso che questa dimostrazione provenga proprio da questo osservatorio. «NuStar ha la particolarità di avere le ottiche del telescopio separate dal piano focale (dove ci sono i sensori) attraverso un traliccio aperto (come si può vedere in qualunque rappresentazione del telescopio)», spiega infatti Bachetti. «La luce proveniente da sorgenti brillanti può quindi facilmente entrare dalle aperture di fronte ai sensori. Altri telescopi non hanno questa caratteristica, quindi è più difficile. Le osservazioni nel piano galattico con NuStar sono spesso affette da straylight, perché in quest’area di cielo ci sono molte sorgenti brillanti. Ci sono in corso vari progetti per utilizzare la straylight da altre sorgenti… stay tuned

Per saperne di più:

  • Leggi su The Astrophysical Journal l’articolo “Extending the baseline for SMC X-1’s spin and orbital behavior with NuSTAR stray light”, di McKinley C. Brumback (Caltech), B.W. Grefenstette, D.J.K. Buisson, M. Bachetti, R. Connors, J.A. Garcia, A. Jaodand, R. Krivonos, R. Ludlam, K.K. Madsen, G. Mastroserio, J.A. Tomsick e D. Wik