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
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4
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7
8
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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
