Alla Conquista di Nuove Vette in Astronomia
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ESO Osservatorio Europeo Australe Alla Conquista di Nuove Vette in Astronomia L’ESO e l’Astronomia L’Astronomia viene spesso descritta come la più antica delle scienze. La maestosa Via Lattea, che attraversa il cielo nelle limpide notti stellate, ha senza dubbio ispirato una meraviglia reverenziale a popoli di epoche e culture passate, proprio come a noi oggi. L’Astronomia moderna si distingue come una scienza molto dinamica, ­grazie al suo impiego delle tecnologie più avanzate e delle tecniche più ­sofisticate a disposizione degli scienziati. Queste tecnologie permettono di studiare gli oggetti al limite estremo dell’Universo osservabile e di scoprire pianeti intorno ad altre stelle. Finalmente possiamo iniziare a rispondere a una domanda fondamentale che L’Osservatorio dell’ESO al Paranal, sito del VLT (Very Large Telescope). 2 ci affascina tutti: esiste vita in qualche altro luogo ­dell’Universo? L’ESO è la principale organizzazione intergovernativa di Astronomia al mondo. Attua un ambizioso programma finalizzato a progettazione, costruzione e utilizzo di potenti strutture osservative da terra. L’anno 2012 ha segnato il 50mo anniversario della firma della Convenzione dell’ESO su cui si fonda l’organizzazione, mentre nel 2013 si celebra il 50mo anniversario della lunga e fruttuosa collaborazione dell’ESO con lo stato ospite del Cile. L’Osservatorio di La Silla-Paranal è gestito dall’ESO in due siti ubicati nella regione del Deserto di Atacama, in Cile. La Silla ospita diversi telescopi con specchi fino a 3,6 metri di diametro. Il fiore all’occhiello è il VLT (Very Large Telescope) sul Cerro Paranal, la cui progettazione, dotazione strumentale e principio di funzionamento rappresentano uno standard nell’Astronomia ottica e infrarossa per le installazioni da terra. L’interferometro del VLT (VLTI), insieme con i telescopi per survey VST (ottico) e VISTA (vicino infrarosso), incrementa ulteriormente le capacità di questo complesso unico al mondo. Ogni anno vengono inviate circa 1700 richieste di osservazione per l’utilizzo dei telescopi dell’ESO, ossia dalle tre L’ESO è anche il punto focale della partecipazione europea ad ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), una collaborazione intercontinentale con Nord America, Asia Orientale e Repubblica del Cile. I partner di ALMA gestiscono questa installazione veramente unica, ubicata nel sito di alta quota dell’Altopiano di Chajnantor in Cile. ALMA è stato inaugurato dal Presidente del Cile Sebastián Piñera nel 2013, anche se le prime osservazioni con una schiera parziale di antenne erano già iniziate nel 2011. Il prossimo passo nella missione dell’ESO, come forza trainante ­dell’Astronomia da terra, è la costruzione dell’E-ELT (European Extremely Large Telescope), con uno specchio primario segmentato da 39 metri di diametro. Il programma di E-ELT è stato approvato nel 2012 e le operazioni dovrebbero iniziare intorno al 2023. L’E-ELT sarà il più grande occhio rivolto verso il cielo — il più grande telescopio esistente nella banda dell’ottico/vicino infrarosso. Tim de Zeeuw Direttore Generale — ESO ESO/J. Girard alle cinque volte il tempo effettivamente disponibile. La quantità di queste richieste è, in parte, la ragione per cui l’ESO è il più produttivo Osservatorio terrestre al mondo, con più di due articoli peer-reviewed basati su dati dell’ESO pubblicati ogni giorno (871 articoli solo nel 2012). 3 I siti dell’ESO La regione del Cile settentrionale, parzialmente occupata dal Deserto di Atacama, è caratterizzata da cieli eccezionalmente limpidi e bui, che offrono stupende visioni dell’importante centro della Via Lattea e delle due Nubi di Magellano. Il primo osservatorio dell’ESO fu ­costruito a La Silla, a 2400 metri sul livello del mare, 600 km a nord di Santiago del Cile. Nel sito di La Silla sono presenti diversi telescopi ottici con specchi fino a 3,6 metri di diametro. Il telescopio da 3,6 metri ospita il sistema HARPS (High Accuracy Radial Velocity Planet Searcher), il cacciatore di esopianeti (o pianeti extra-solari) più avanzato al mondo. A 2600 metri sul livello del mare il sito del Paranal, uno dei luoghi più aridi della Terra, a circa 130 km a sud di ­Antofagasta (Cile) e 12 km all’interno della costa dell’Oceano Pacifico, ospita il VLT (Very Large Telescope). Il VLT non è un solo telescopio, ma una schiera di quattro telescopi, chiamati Unit ­Telescope (UT), ciascuno con uno specchio principale di 8,2 metri di diametro. Il VLT comprende anche quattro telescopi ausiliari mobili (AT; Auxiliary Telescope), con un diametro di 1,8 metri, che formano parte dell’interferometro del VLT. Il sito del Paranal ospita anche due potenti telescopi per survey: VST e VISTA. Il futuro E-ELT (European Extremely Large Telescope) da 39 metri verrà costruito sul Cerro Armazones, a soli 20 km dall’Osservatorio del Paranal, e sarà integrato nel sistema di gestione del Paranal. ALMA (Atacama Large Millimeter/ submillimeter Array) — con 66 antenne giganti da 12 e da 7 metri di diametro — è una collaborazione con Nord America, Asia Orientale e Repubblica del Cile. È ubicato nel più elevato dei siti dell’ESO, l’Altopiano di Chajnantor, a 5000 metri sul livello del mare: è uno degli Osservatori Astronomici più elevati al mondo. Il sito di Chajnantor ospita anche l’Atacama Pathfinder Experiment (APEX), un telescopio da 12 metri per l’osservazione nelle lunghezze d’onda millimetriche e submillimetriche. Il Quartier Generale dell’ESO si trova a Garching, vicino a Monaco di Baviera, in Germania e costituisce il centro scientifico, tecnico e amministrativo dell’ESO, che mantiene anche un ufficio a Santiago del Cile. Il Quartier Generale dell’ESO vicino a Monaco di Baviera (Germania). SAN PEDRO DE ATACAMA ANTOFAGASTA Cerro La Peineta Questa mappa mostra dove l’ESO ha ubicato i propri Osservatori in Cile. Cerro Las Campanas Garching, Germania Cerro Cinchado LA SERENA Cerro Tololo Cerro Pachón Cerro Guatulame 4 Cile Vista aerea ­dell’Osservatorio del Paranal. A sinistra il VLT (Very Large Telescope) sulla cima del Cerro Paranal e a destra il telescopio infrarosso per survey VISTA. ESO/José Francisco Salgado (josefrancisco.org) Clem & Adri Bacri-Normier (wingsforscience.com)/ESO ALMA (l’Atacama Large Millimeter/­submillimeter Array) sull’Altopiano di Chajnantor. J. L. Dauvergne & G. Hüdepohl (atacamaphoto.com)/ESO L’Osservatorio di La Silla. Rappresentazione artistica dell’E-ELT (European Extremely Large Telescope) sul Cerro Armazones. 5 Imprese scientifiche dell’ESO Le 10 principali scoperte astronomiche dell’ESO: 1Stelle in orbita intorno al buco nero supermassiccio al centro della Via Lattea Molti dei più importanti telescopi dell’ESO sono stati utilizzati per un periodo di quasi vent’anni per catturare il moto delle stelle attorno al gigantesco buco nero nel cuore della nostra galassia con un dettaglio mai raggiunto prima. 2L’accelerazione dell’Universo Due gruppi indipendenti di ricercatori hanno studiato le osservazioni di esplosioni stellari — fra cui alcune effettuate con i ­telescopi dell’ESO a La Silla e Paranal — per dimostrare che l’espansione ­dell’Universo sta accelerando. Questo risultato è valso l’assegnazione del Premio Nobel per la Fisica nel 2011. 3Prima immagine di un esopianeta Il VLT ha ottenuto la prima immagine in assoluto di un pianeta al di fuori del Sistema Solare. Questo pianeta ha una massa pari a cinque volte quella di Giove e orbita intorno a una stella mancata — una nana bruna — a una distanza pari a 55 volte la distanza media tra la Terra e il Sole. 4Lampi di luce gamma — il collegamento fra le supernovae e la fusione tra stelle di neutroni I telescopi dell’ESO hanno risolto un vecchio enigma fornendo la prova definitiva che i lampi di luce gamma di lunga durata sono legati alle esplosioni di stelle massicce. Uno dei telescopi di La Silla ha osservato per primo la luce visibile di un lampo di luce gamma di breve durata, mostrando che questi fenomeni con ogni probabilità sono causati dalla violenta collisione di due stelle di neutroni. 5Misura della temperatura del Cosmo Il VLT ha scoperto la presenza di molecole di monossido di carbonio in una galassia distante quasi 11 miliardi di anni-luce, un’impresa che aveva eluso tutti gli sforzi per 25 anni. Questa scoperta ha permesso agli astronomi di ottenere una misura precisa della temperatura del Cosmo, un primato per un’epoca così remota. 6La stella più antica nella Via Lattea Grazie al telescopio VLT dell’ESO, gli astronomi hanno misurato l’età della stella più antica conosciuta nella Via Lattea. Questa stella nacque 13,2 miliardi di anni fa, nella più remota epoca di formazione stellare. Inoltre è stato scoperto dell’uranio in una stella della Via Lattea, che ha permesso di stimare l’età della Galassia in modo indipendente. 6 7Brillamenti dal buco nero supermassiccio nella Via Lattea Il VLT e APEX hanno studiato insieme i violenti brillamenti nei pressi del buco nero supermassiccio al centro della Via Lattea e hanno scoperto del materiale che viene stirato mentre orbita nell’intenso campo gravitazionale del buco nero centrale. Inoltre, splendide osservazioni del VLT hanno rivelato potenti brillamenti infrarossi provenienti dalle vicinanze del buco nero, suggerendo così che il buco nero ruoti molto velocemente. 8Misure dirette delle atmosfere degli esopianeti L’atmosfera intorno a una super-Terra è stata analizzata per la prima volta grazie al VLT. Questo esopianeta, GJ 1214b, è stato studiato mentre passava davanti alla sua stella madre e parte della luce della stella filtrava attraverso l’atmosfera del pianeta. 9Il più ricco sistema planetario Grazie al cacciatore di pianeti HARPS, alcuni astronomi hanno scoperto un sistema planetario formato da almeno cinque pianeti in orbita attorno a una stella (HD 10180) simile al Sole. Sono stati individuati inoltre altri due candidati pianeti, uno dei quali con la massa più piccola mai misurata. Infine, il gruppo di ricercatori ha evidenziato che le distanze dei pianeti dalla propria stella seguono una sequenza regolare, esattamente come nel Sistema Solare. 10Moti stellari nella Via Lattea Durante oltre 1000 notti di osservazioni a La Silla sparse su un periodo di 15 anni, alcuni astronomi hanno misurato i moti di più di 14 000 stelle simili al Sole e nelle sue vicinanze, dimostrando così che la galassia che ci ospita ha condotto una vita molto più caotica e turbolenta di quanto si pensasse. 1 2 3 4 6 7 8 9 10 7 La galassia ­Centaurus A (NGC 5128). L’immagine è stata ottenuta con il WFI (Wide Field Imager) montato sul telescopio MPG/ESO da 2,2 metri all’Osservatorio di La Silla, in Cile. 8 ESO. Ringraziamenti: VPHAS+ Consortium/Cambridge Astronomical Survey Unit La Nebulosa della Carena, una spettacolare regione di formazione stellare osservata in gran dettaglio dal VST (VLT Survey T ­ elescope) all’Osservatorio del Paranal. Questa fotografia è stata scattata con l’aiuto del Presidente del Cile Sebastián Piñera. Una veduta spettacolare dell’incubatrice stellare IC 2944 è stata pubblicata per festeggiare un importante anniversario: i 15 anni del VLT dell’ESO. 9 Il Very Large Telescope Il VLT (Very Large Telescope) è il fiore all’occhiello dell’Astronomia ottica europea all’inizio del terzo millennio. Si tratta dello strumento ottico più avanzato del mondo: consiste di quattro singoli telescopi i cui specchi principali hanno diametri da record di 8,2 metri e di quattro ulteriori telescopi ausiliari mobili di 1,8 metri che si possono tutti combinare per formare un interferometro. I telescopi da 8,2 metri si possono anche utilizzare individualmente: sono così potenti che ciascuno di essi è in grado di ottenere immagini di oggetti celesti quattro miliardi di volte più deboli di quelli visibili a occhio nudo. Il VLT al tramonto. 10 Il programma per la strumentazione del VLT è il più ambizioso mai concepito per un singolo osservatorio. Comprende dispositivi per l’acquisizione delle immagini, fotocamere e spettrografi in grado di coprire un’ampia regione spettrale che va dall’ultravioletto (0,3 µm) fino al medio infrarosso (20 µm). I telescopi da 8,2 metri sono alloggiati in edifici compatti e controllati termicamente che ruotano in sincronia con i telescopi. Questi accorgimenti minimizzano in modo significativo gli effetti locali, come la turbolenza ­dell’aria ­all’interno del tubo del ­telescopio causata da variazioni di temperatura e dal flusso del vento, sulle condizioni osservative. Il primo dei telescopi singoli ha iniziato la sua attività il 1º aprile del 1999. Il VLT ha già avuto un impatto considerevole sull’Astronomia osservativa ed è lo strumento astronomico da terra più produttivo al mondo. I risultati del VLT portano mediamente alla pubblicazione di più di un articolo peer-reviewed al giorno. UT4 (Yepun) AOF (2015) HAWK-I SINFONI NACO MUSE UT3 (Melipal) ISAAC SPHERE (2014) X-SHOOTER VIMOS LGS UT2 (Kueyen) FLAMES UVES VST OmegaCAM VISTA VIRCAM UT1 (Antu) VLT Fuoco incoerente combinato: ESPRESSO (2016) VLTI MIDI AMBER PRIMA Strumento ospite GRAVITY (2015) MATISSE (2015) Gli strumenti del VLT. ESO/G.Hüdepohl (atacamaphoto.com) CRIRES KMOS FORS2 11 Le ottiche adattive La turbolenza atmosferica distorce le immagini ottenute anche nei migliori Osservatori al mondo, inclusi quelli dell’ESO in Cile. La turbolenza provoca lo scintillio delle stelle, che piace ai poeti ma non agli astronomi, in quanto sfuoca i dettagli più minuti del Cosmo. ­L’osservazione diretta dallo spazio evita questo effetto di sfocatura dovuto all’atmosfera, ma gli elevati costi di costruzione e gestione dei telescopi spaziali — in confronto a quelli basati a terra — limitano le dimensioni e le potenzialità dei telescopi che possiamo inviare nello spazio. Per risolvere questo problema gli astronomi hanno sviluppato un metodo chiamato ottica adattiva. Sofisticati specchi deformabili, controllati da computer, possono compensare in tempo reale la distorsione causata dalla turbolenza dell’atmosfera terrestre, rendendo le immagini nitide quasi come quelle ottenute dallo spazio. Correggendo un sistema ottico con le ottiche adattive diventa possibile osservare perfino i più minuti dettagli di oggetti astronomici molto più deboli di quelli che sarebbero altrimenti visibili da terra. L’ottica adattiva richiede una stella di riferimento abbastanza brillante vicina all’oggetto in esame. Questa stella di riferimento viene utilizzata per misurare la sfocatura causata dall’atmosfera, in modo che lo specchio deformabile possa correggerla. Poiché non in tutte le zone del cielo notturno ci sono adeguate stelle di riferimento, gli astronomi possono crearne di artificiali inviando un potente raggio laser a un’altezza di 90 chilometri negli strati alti dell’atmosfera terrestre. Grazie a queste stelle guida laser, oggi è possibile osservare quasi tutto il cielo con le ottiche adattive. L’ESO ha guidato lo sviluppo dell’ottica adattiva e della tecnologia delle stelle guida e ha collaborato con diverse indu- strie e istituti europei. Le ottiche adattive dell’ESO hanno ottenuto molti risultati scientifici notevoli. Fra questi ricordiamo le prime osservazioni degli esopianeti (p. 6) e lo studio dettagliato dell’ambiente intorno al buco nero al centro della Via Lattea (p. 6). Le ottiche adattive della prossima generazione saranno installate sia sul VLT, sia sul futuro E-ELT (European E ­ xtremely Large Telescope): comprendono l’impiego di diverse stelle guida laser sul VLT e strumenti a ottica adattiva avanzati come i cercatori di pianeti. Sistemi ancora più all’avanguardia, studiati a ­ ppositamente per le sfide dell’E-ELT, sono in fase attiva di sviluppo. Di recente, alcuni significativi progressi hanno spianato la strada per ottenere un più ampio campo di vista corretto, un risultato che avrà un grande impatto sulla progettazione dei futuri sistemi di ottica adattiva per il VLT e per l’E-ELT. Questa illustrazione mostra il funzionamento dell’ottica adattiva. Turbolenza atmosferica Raggi di luce Specchio secondario Specchio primario Specchio deformabile Macchina fotografica astronomica Computer 12 Misura della turbolenza ESO/G.Hüdepohl (atacamaphoto.com) Il laser PARLA installato al VLT. Il laser genera una stella artificiale nell’atmosfera, a una quota di circa 90 chilo­ metri. 13 L’Interferometro del VLT I singoli telescopi del VLT possono essere combinati per formare il gigantesco interferometro del VLT (VLTI), che permette agli astronomi di individuare dettagli 16 volte più minuti di quelli visibili con i singoli telescopi e quindi di studiare gli oggetti celesti con un dettaglio senza precedenti. Con il VLTI diventano visibili i particolari sulla superficie delle stelle ed è perfino ­possibile studiare l’ambiente in prossimità di un buco nero al centro di un’altra galassia. Uno dei quattro telescopi ausiliari da 1,8 metri che fanno parte dell’interferometro del VLT (VLTI). Veduta panoramica della galleria dell’interferometro del VLT. 14 I raggi luminosi catturati dai singoli telescopi sono combinati nel VLTI per mezzo di un complesso sistema di specchi in gallerie sotterranee, dove le lunghezze percorse devono essere mantenute identiche fra di loro con una tolleranza inferiore a un millesimo di millimetro ogni 100 metri. Con questo “telescopio virtuale” da 130 metri di apertura il VLTI può effettuare misure con una precisione pari a quella necessaria per individuare da Terra la testa di una vite sulla Stazione Spaziale Internazionale, in orbita a un’altezza di 400 chilometri. I telescopi ausiliari del VLTI Per sfruttare al meglio ogni notte le potenzialità del VLTI sono disponibili quattro telescopi ausiliari (AT) più piccoli. Gli AT sono montati su rotaie e si possono spostare tra diversi punti di osservazione ben precisi. Da queste posizioni, i raggi luminosi sono riflessi dagli specchi degli AT e quindi combinati nel VLTI. Gli AT sono telescopi molto particolari: completamente autosufficienti nelle loro cupole ultra-compatte, dispongono di propri sistemi elettronici, di ventilazione, idraulici e di raffreddamento. Sono dotati anche di trasportatori, che sollevano i telescopi e li spostano da una postazione all’altra. ESO/José Francisco Salgado (josefrancisco.org) Nonostante i singoli telescopi da 8,2 metri possano essere combinati nel VLTI, per la maggior parte del tempo sono utilizzati individualmente per altri scopi e pertanto sono disponibili per le osservazioni interferometriche solo per un numero limitato di notti ogni anno. 15 I telescopi per survey Nell’Osservatorio del Paranal dell’ESO si trovano due potenti telescopi: VISTA (Visible and Infrared Survey Telescope for Astronomy) e VST (VLT Survey Telescope). Sono i più potenti telescopi al mondo dedicati alle survey e stanno incrementando in maniera notevole il potenziale esplorativo dell’Osservatorio del Paranal. Molti degli oggetti astronomici più interessanti — dalle fioche nane brune nella Via Lattea fino ai quasar più distanti — sono rari. Trovarli è come cercare un ago in un pagliaio. I telescopi più grandi come il VLT dell’ESO, o il Telescopio Spaziale Hubble della collaborazione NASA/ESA, possono studiare solamente una minuscola porzione di cielo alla volta; al contrario VISTA e il VST sono progettati per fotografare velocemente e in profondità grandi aree del cielo. Attualmente i due telescopi stanno effettuando diverse accurate survey per creare vasti archivi Le survey stanno già producendo direttamente dei risultati scientifici; inoltre gli oggetti più interessanti scoperti dai telescopi per survey saranno oggetto di studi dettagliati sia dal vicino VLT che da altri telescopi da terra e dallo spazio. Entrambi i telescopi per survey sono ospitati in cupole vicine al VLT e godono delle medesime eccezionali condizioni osservative ma anche di un’analoga modalità osservativa estremamente efficiente. campo di vista più ampio di qualunque altro strumento nel vicino infrarosso. Il VST è un modernissimo telescopio da 2,6 metri equipaggiato con OmegaCAM, una camera CCD da 268 milioni di pixel, con un campo di vista che copre un’area superiore a quattro volte quella della Luna piena. Il VST è un complemento a VISTA ed effettua ricognizioni astronomiche nella banda della luce visibile. Il VST è frutto di una joint venture tra l’ESO e l’Osservatorio Astronomico di Capodimonte (OAC) di Napoli, un centro di ricerca dell’Istituto Nazionale di Astrofisica italiano (INAF). VISTA ha uno specchio principale di 4,1 metri di diametro ed è il più potente telescopio per survey nel vicino infrarosso esistente al mondo. Il cuore di VISTA è una camera da 3 tonnellate contenente 16 rivelatori sensibili alla luce infrarossa per un totale di 67 milioni di pixel. Ha il Il VST (VLT Survey Telescope), il più grande telescopio al mondo dedicato alle survey nella banda della luce visibile. ESO/G. Lombardi (glphoto.it) All’interno della cupola di VISTA. sia di immagini, sia di cataloghi di oggetti che saranno sfruttati dagli astronomi nei prossimi decenni. 16 ESO/J. Emerson/VISTA. Ringraziamenti: Cambridge Astronomical Survey Unit Questa immagine a grande campo della Nebulosa di Orione (Messier 42), a circa 1350 anni luce dalla Terra, è stata ottenuta con VISTA all’Osservatorio del Paranal dell’ESO in Cile. ESO/INAF-VST/OmegaCAM. Ringraziamenti: OmegaCen/Astro-WISE/Kapteyn Institute La prima immagine ­pubblicata dal VST mostra la spettacolare regione di formazione stellare Messier 17, nota anche come Nebulosa Omega, o Nebulosa Cigno. 17 ALMA Sull’altopiano di Chajnantor, nelle Ande Cilene, l’Osservatorio Europeo Australe — insieme con i suoi partner mondiali — gestisce ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), un telescopio all’avanguardia in grado di studiare la luce proveniente da alcuni dei più freddi oggetti dell’Universo. Questa luce ha una lunghezza d’onda tipica intorno al millimetro, una regione dello spettro elettromagnetico compresa fra la luce infrarossa e le onde radio, nota quindi come radiazione millimetrica e submillimetrica. ALMA esplora l’Universo a questa lunghezze d’onda con una sensibilità e una risoluzione senza precedenti, dieci volte superiore a quella del Telescopio Spaziale Hubble, e integra le immagini ottenute con l’interferometro del VLT. La luce a queste lunghezze d’onda proviene da estese nubi fredde nello spazio interstellare, con temperature fino a –263 gradi centigradi, e da alcune delle galassie più antiche e distanti. Gli astronomi usano questa luce per studiare le condizioni chimiche e fisiche delle nubi molecolari — le dense regioni di gas e polvere in cui nascono nuove stelle. Queste regioni del Cosmo risultano spesso buie e opache in luce visibile, ma sono molto brillanti nella regione millimetrica e submillimetrica dello spettro. Vista aerea dell’Altopiano di Chajnantor a 5000 metri sul livello del mare nelle Ande Cilene, dove si trova la schiera di antenne di ALMA. 18 ALMA studia gli elementi costitutivi delle stelle, dei sistemi planetari, delle galassie e perfino della vita. ALMA fornisce agli scienziati immagini dettagliate di stelle e pianeti in formazione vicino al Sistema Solare. Con le sue scoperte di galassie distanti in via di formazione al limite dell’Universo osservabile, ALMA permetterà agli scienziati di rispondere ad alcune delle domande più profonde sulle nostre origini cosmiche. La radiazione millimetrica e submillimetrica apre una nuova finestra sugli enigmi dell’Universo freddo. Tuttavia, questi segnali dallo spazio sono fortemente assorbiti dal vapore acqueo dell’atmosfera terrestre. I telescopi dedicati a queste ricerche devono quindi essere costruiti in luoghi aridi e a grandi altezze. Questo è il motivo per cui ALMA — il più grande progetto astronomico ­esistente — è stato costruito s­ ull’elevato Altopiano di Chajnantor, a 5000 metri sul livello del mare. Il sito, a circa 50 km a est di San Pedro de Atacama nel Cile settentrionale, ha una delle atmosfere più aride della Terra. Queste condizioni sono ottimali per le osservazioni, ma costringono gli astronomi a lavorare in un osservatorio di frontiera, in condizioni molto difficili anche per la carenza di ossigeno. Chajnantor si trova oltre 750 metri più in alto dell’Osservatorio di Mauna Kea e 2400 metri più in alto del VLT sul Cerro Paranal. Il progetto ALMA è una collaborazione fra l’Europa, il Nord America e l’Asia Orientale, in cooperazione con la Repubblica del Cile. In Europa, ALMA è finanziata dall’ESO, in Nord America dalla U.S. National Science Foundation (NSF), in cooperazione con il National Research Council del Canada (NRC) e il National Science Council di Taiwan (NSC) e in Asia Orientale dagli Istituti Nazionali di Scienze Naturali del ­Giappone (NINS), in cooperazione con l’Accademia Sinica di Taiwan (AS). La costruzione e la gestione di ALMA sono condotte dall’ESO per conto dell’Europa, dall’Osservatorio Nazionale di Radio Astronomia (NRAO) gestito dalle Associated Universities, Inc. (AUI) per conto del Nord America e dall’Osservatorio Astronomico Nazionale del Giappone (NAOJ) per conto dell’Aisa Orientale. L’osservatorio congiunto di ALMA (JAO: Joint ALMA Observatory) fornisce la guida unitaria e la gestione della costruzione, commissioning e operazioni di ALMA. Clem & Adri Bacri-Normier (wingsforscience.com)/ESO ALMA (ESO/NAOJ/NRAO) Una delle antenne europee di ALMA dal peso di 100 tonnellate, mentre viene trasportata da Lore, uno dei giganteschi trasportatori di ALMA, al centro di controllo delle operazioni, nelle Ande Cilene. 19 ALMA (ESO/NAOJ/NRAO). Immagine in luce visibile: NASA/ESA Hubble Space Telescope Le galassie Antenne sono una coppia di galassie a spirale distorte a causa della collisione tra di esse. Le Antenne si trovano a una distanza di 70 milioni di anni luce dalla Terra. Questa immagine combina le osservazioni di ALMA a due diverse lunghezze d’onda (ottenute durante la prima fase di verifica dello strumento) con le osservazioni in luce visibile riprese dal ­Telescopio Spaziale Hubble della NASA/ESA. 20 ALMA, composta da 66 antenne di alta precisione, è frutto di un progetto rivoluzionario: la schiera principale di cinquanta antenne da 12 metri di diametro che lavorano insieme come un singolo telescopio — un interferometro — a cui si aggiunge una schiera più compatta formata da quattro antenne da 12 metri e da dodici da 7 metri. Queste antenne possono essere spostate sull’altopiano desertico a distanze variabili fra i 150 metri e i 16 chilometri, per conferire ad ALMA un potente zoom variabile. Il supercomputer di ALMA, il correlatore, esegue 17 milioni di miliardi di operazioni al secondo ed è uno dei più veloci computer dedicati al mondo. ALMA è stato inaugurato nel 2013, ma le prime osservazioni scientifiche con una schiera parziale di antenne erano iniziate nel 2011. APEX A Chajnantor gli astronomi dispongono di un altro strumento per l’Astronomia millimetrica e submillimetrica: APEX (Atacama Pathfinder Experiment). Si tratta di un telescopio da 12 metri basato su una delle antenne prototipo di ALMA e che opera nello stesso sito di ALMA. APEX era già operativo parecchi anni prima di ALMA e ora che la schiera principale di telescopi è stata c ­ ompletata, APEX ha assunto un importante ruolo per le survey. APEX sotto la luna. La formazione stellare nella Nebulosa di Orione vista da APEX. ESO/B. Tafreshi (twanight.org) APEX è una collaborazione fra il Max Planck Institut für Radioastronomie, l’Onsala Space Observatory e l’ESO. Il telescopio è gestito dall’ESO e segue le orme del Telescopio Svedese ­Submilimetrico (SEST), attivo a La Silla fra il 1987 e il 2003, una collaborazione fra l’ESO e l’Onsala Space Observatory. ESO/Digitized Sky Survey 2 Gli astronomi utilizzano APEX per studiare le condizioni all’interno delle nubi molecolari, come quelle della Nebulosa di Orione o i Pilastri della Creazione nella Nebulosa Aquila. Grazie ad APEX sono stati trovati del m ­ onossido di carbonio gassoso, complesse molecole organiche e molecole cariche contenenti fluoro mai osservate prima. Queste scoperte fanno progredire la nostra comprensione delle culle di gas in cui nascono nuove stelle. 21 L’E-ELT In tutto il mondo i telescopi di grandissima apertura sono considerati una priorità nel campo dell’Astronomia da terra. Essi consentiranno enormi progressi nelle nostre conoscenze astronomiche e permetteranno studi dettagliati di oggetti come i pianeti intorno ad altre stelle, i primi oggetti nell’Universo, i buchi neri supermassicci, la natura e la distribuzione della materia oscura e dell’energia oscura che dominano l’Universo. Il rivoluzionario E-ELT (European Extremely Large Telescope), con il suo specchio principale da 39 metri di diametro, sarà il più grande telescopio ottico e vicino infrarosso al mondo: “il più grande occhio rivolto verso il cielo”. 22 L’E-ELT sarà più grande di tutti i telescopi ottici attualmente funzionanti messi insieme e raccoglierà 13 volte più luce dei più grandi telescopi ottici attuali. L’E-ELT sarà in grado di correggere fin da subito la distorsione atmosferica, fornendo immagini 16 volte più nitide di quelle del Telescopio Spaziale Hubble. Il progetto innovativo del telescopio prevede cinque specchi, il principale dei quali composto da 798 segmenti esagonali, ciascuno largo 1,4 metri ma spesso solo 5 centimetri. Con l’inizio delle operazioni previsto per il 2023, l’E-ELT affronterà le più grandi sfide scientifiche del nostro tempo e punterà a parecchi primati, fra cui l’identificazione di pianeti simili alla Terra intorno ad altre stelle, nelle “zone abitabili”, dove potrebbe esistere la vita — un Sacro Graal della moderna Astronomia osservativa. Si occuperà di archeologia stellare studiando stelle e popolazioni stellari antiche nelle ­galassie vicine, darà contributi ­fondamentali alla cosmologia misurando le proprietà delle prime stelle e delle galassie primordiali ed esplorerà la natura della materia oscura e dell’energia oscura. Oltre a questo però gli astronomi si stanno preparando per l’inaspettato — nuove e imprevedibili domande che sicuramente sorgeranno dalle scoperte effettuate con l’E-ELT. Immagine notturna del Cerro Armazones, sito del futuro E-ELT (European Extremely Large Telescope). Molti dei singoli segmenti dello specchio primario dell’E-ELT sono al momento in fase di verifica vicino al Quartier Generale dell’ESO a Garching, in Germania. Rappresentazione artistica del futuro E-ELT. 23 Tre pianeti danzano sopra La Silla. Al di sopra delle cupole tonde dei telescopi sono visibili tre pianeti del Sistema Solare — Giove (in alto), Venere (in basso a sinistra) e Mercurio (in basso a destra) — impegnati dopo il tramonto nella loro danza cosmica. 24 La Silla Il New Technology Telescope (NTT) da 3,58 metri di diametro aprì la strada all’ingegneria e alla progettazione innovativa di nuovi telescopi. È stato uno dei primi strumenti al mondo a usare uno specchio principale controllato da un computer (ottica attiva), una tecnologia sviluppata dall’ESO e attualmente applicata al VLT e alla maggior parte dei più grandi telescopi del mondo. In un’altra postazione di La Silla, fin dal 1977 è attivo il telescopio dell’ESO da 3,6 metri. In seguito a diversi importanti aggiornamenti, esso rimane in prima linea fra i telescopi della classe dei 4 metri nell’emisfero australe. Questo telescopio ospita il più avanzato cacciatore di pianeti: HARPS, uno spettrografo con una precisione senza rivali. L’infrastruttura di La Silla viene anche utilizzata da molti Stati Membri dell’ESO per progetti dedicati, fra cui il telescopio svizzero Leonhard Euler da 1,2 metri, i cacciatori di lampi di luce gamma REM (Rapid Eye Mount) e TAROT (Télescope à Action Rapide pour les Objects ­Transitoires) e telescopi di uso più generale come quello da 2,2 metri di MPG/ ESO o quello danese da 1,54 metri. Il WFI (Wide Field Imager) da 67 milioni di pixel installato sul telescopio MPG/ESO da 2,2 metri ha ripreso molte immagini spettacolari di oggetti celesti, alcune delle quali sono diventate delle vere e proprie icone. ESO/Y. Beletsky L’Osservatorio di La Silla, a 600 chilometri a nord di Santiago del Cile e a 2400 metri di altezza sul livello del mare, è la roccaforte dell’ESO dagli anni ’60. Qui l’ESO continua a impiegare due dei migliori telescopi da 4 metri del mondo, permettendo a La Silla di mantenere la sua fama di uno degli Osservatori più produttivi al mondo dal punto di vista scientifico. 25 Dalle idee alla pubblicazione degli articoli: il flusso dei dati Le operazioni dei telescopi dell’ESO formano un processo continuo, che inizia quando gli astronomi preparano le descrizioni dei loro progetti osservativi finalizzati allo studio di un determinato quesito scientifico. Queste proposte sono vagliate da esperti della comunità scientifica. I progetti approvati vengono quindi tradotti in una descrizione dettagliata delle osservazioni da effettuare. Le osservazioni sono poi effettuate dai telescopi e i dati scientifici raccolti sono resi immediatamente disponibili ai gruppi di ricerca coinvolti. Le osservazioni scientifiche e i relativi dati di calibrazione sono usati anche dagli scienziati dell’ESO per verificare la qualità dei dati e tenere sotto controllo il comportamento degli strumenti, per garantire che le loro prestazioni rientrino nelle specifiche richieste. L’intero processo è basato su di un continuo flusso d’informazioni tra gli Osservatori in Cile e il Quartier Generale dell’ESO in Germania. Tutti i dati scientifici e di calibrazione sono raccolti e archiviati nella Science Archive Facility, l’archivio scientifico dell’ESO che contiene le copie complete di tutte le osservazioni fin dall’inizio delle attività a Paranal del VLT, del suo interferometro e dei telescopi per survey VISTA e VST. L’archivio contiene anche le osservazioni ottenute con i telescopi di La Silla e con il radiotelescopio submillimetrico APEX a Chajnantor. Le osservazioni archiviate diventano tipicamente accessibili a chiunque dopo un anno, in modo da poter essere utilizzate anche da altri scienziati. Tradizionalmente, per osservare vengono decise date fisse in cui gli astronomi si recano al telescopio ed effettuano le loro osservazioni personalmente, con l’assistenza di esperti locali. Questo metodo di lavoro, noto come visitor mode, permette agli astronomi di adattare le loro strategie osservative alle condizioni atmosferiche e ai risultati che vengono via ottenuti. Purtroppo però con questo metodo non c’è modo di garantire che le condizioni osservative necessarie siano effettivamente soddisfatte nelle date prefissate. L’ESO ha ideato uno schema alternativo in cui le osservazioni, descritte nei minimi dettagli dagli astronomi che le propongono, sono programmate in modo più flessibile e sono effettuate solo quando le condizioni sono idonee. Per ciascuna osservazione programmata si devono quindi definire le condizioni accettabili per i propri scopi scientifici. Nonostante questo tipo di programmazione flessibile non permetta agli astronomi di decidere la strategia osservativa in tempo reale, presenta molti vantaggi ed è scelta dal 70% degli utenti del VLT. Il centro dati al Quartier Generale dell’ESO a Garching bei München (Germania), che archivia e distribuisce i dati dei telescopi dell’ESO. 26 Collaborazioni Promuovere la cooperazione in Astronomia è uno degli obiettivi fondamentali dell’ESO e l’organizzazione ha giocato un ruolo decisivo nel creare l’Area di Ricerca Europea per l’Astronomia e l’Astrofisica. Bandiere degli stati membri dell’ESO sulla piattaforma del VLT. Ogni anno, migliaia di astronomi degli Stati Membri, ma non solo, conducono le proprie ricerche utilizzando i dati raccolti nei siti osservativi dell’ESO. Gli astronomi formano spesso dei gruppi di ricerca internazionali, con membri da diversi Paesi, e i risultati vengono pubblicati in centinaia di articoli scientifici ogni anno. Per garantire agli utenti strumenti e telescopi sempre migliori, l’ESO collabora strettamente con un gran numero di industrie europee di alta tecnologia. L’industria europea gioca un ruolo vitale nella realizzazione dei progetti dell’ESO. Senza la partecipazione attiva ed entusiastica dei partner commerciali di tutti gli Stati Membri e del Cile, questi progetti sarebbero irrealizzabili. La Commissione Europea ed EIROforum si impegnano a estendere la loro collaborazione. Foto di gruppo della Conferenza “Science from Next Generation Imaging Spectroscopic Surveys”. Nel campo dello sviluppo tecnologico l’ESO mantiene stretti collegamenti con molti gruppi di ricerca negli istituti universitari degli Stati Membri e non solo. In questo modo gli astronomi degli Stati Membri dell’ESO sono profondamente coinvolti nella pianificazione e nella realizzazione degli strumenti scientifici per i telescopi dell’ESO, sia attuali che in fase di progettazione. Lo sviluppo degli strumenti offre grandi opportunità per i centri di ricerca nazionali di eccellenza, attraendo giovani scienziati e ingegneri. Alvio Renzini alla conferenza ESO@50 che celebrava i 50 anni dell’Osservatorio Europeo Australe. M. McCaughrean (ESA)/ESO L’ESO ha un ampio programma per fellow (giovani astronomi con un dottorato di ricerca) e studenti, contribuendo così alla mobilità degli scienziati europei. Scienziati già esperti di diversi Stati Membri e di altri Paesi lavorano per determinati periodi come visiting scientist nei siti dell’ESO. Inoltre, l’ESO sostiene un vigoroso programma di conferenze internazionali su temi di frontiera nella scienza e nella tecnologia astronomiche e fornisce anche un supporto logistico per la rivista internazionale Astronomy & Astrophysics. 27 Quartier Generale dell’ESO Karl-Schwarzschild-Str. 2, 85748 Garching bei München, Germania Telefono: +49 89 320060 Fax: +49 89 3202362 E-mail: [email protected] 08.2014 — Italian ESO/T. Preibisch www.eso.org
