ASTROFISICA/ La Palma (Canarie): una pallida luce blu illuminerà la materia oscura

- Paolo Floriani

Sull’isola di La Palma alle Canarie si sta costruendo il Cherenkov Telescope Array (CTA) che sarà il più grande osservatorio al mondo per l’astronomia a raggi gamma. PAOLO FLORIANI

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Il Cherenkov Telescope Array

È uno dei “magnifici sette” della strategia europea per la fisica delle astroparticelle ed è tra i primi in classifica nel “piano strategico per l’astronomia europea ” di ASTRONET; è anche incluso dal 2008 nella roadmap del Forum strategico europeo sulle infrastrutture di ricerca (ESFRI); è inoltre uno dei progetti consigliati per il prossimo decennio dalla Accademia della Scienze degli Stati Uniti.

Stiamo parlando del CTA, il Cherenkov Telescope Array, la cui costruzione ha preso ufficialmente il via pochi giorni fa sull’isola di La Palma alle Canarie. Quando sarà ultimato costituirà il più grande e potente osservatorio al mondo per l’astronomia a raggi gamma. Il progetto CTA nasce dall’idea di costruire uno strumento di nuova generazione per osservazioni da terra di raggi gamma di energia molto alta. La sua denominazione deriva dal nome del fisico russo Pavel Cherenkov, premio Nobel 1958: infatti il compito di questa schiera (array) di telescopi sarà quello di catturare la cosiddetta radiazione Cherenkov, caratterizzata da una debole luce bluastra prodotta nell’impatto dei raggi cosmici con l’atmosfera terrestre.

L’attuale generazione di telescopi per immaging atmosferico Cherenkov (comprendente i telescopi HESS, MAGIC e VERITAS) negli ultimi anni ha aperto il regno dell’astronomia in raggi gamma da terra nel campo di energie superiori a poche decine di GeV (Gigaelettronvolt). Il CTA esplorerà il nostro Universo in modo approfondito in raggi gamma a energia molto elevata (superiori a 10 GeV) e potrà studiare i processi cosmici non termici, in stretta collaborazione con gli osservatori che operano in altre lunghezze d’onda dello spettro elettromagnetico e con quelli che utilizzano altri “messaggeri”, come i raggi cosmici e i neutrini.

Gli obiettivi del CTA possono essere suddivisi in tre temi principali: capire l’origine dei raggi cosmici e il loro ruolo nell’Universo; comprendere la natura e la diversa accelerazione delle particelle intorno buchi neri; cercare la natura ultima della materia, quella probabilmente spiegata dalla fisica che va oltre il cosiddetto Modello Standard.

Le radiazioni gamma ad energie si differenziano sostanzialmente da quelle rilevate a energie più basse: radiazioni con energie che vanno dai GeV ai TeV (Teraeletronvolt) non possono essere generate da emissioni termiche di oggetti celesti caldi: infatti, l’energia della radiazione termica riflette la temperatura del corpo emittente e, a parte il Big Bang, non c’è niente di abbastanza caldo nell’universo che possa emettere a simili energie. Quindi questi raggi gamma ad alta energia sono testimoni di un universo “non-termico”, dove altri meccanismi permettono la concentrazione di grandi quantità di energia in un singolo quanto di radiazione.

I raggi gamma possono essere generati in una modalità bottom-up (dal basso), quando particelle altamente relativistiche – accelerate ad esempio dalle onde d’urto di gigantesche esplosioni stellari – si scontrano con il gas circostante, o interagiscono con i fotoni e i campi magnetici. Oppure possono essere prodotti in modalità top-down, da decadimenti di particelle pesanti come le ipotetiche particelle di materia oscura o le stringhe cosmiche, entrambe prodotte dal Big Bang; pertanto, i raggi gamma possono aprire una finestra verso la scoperta della natura e dei costituenti della enigmatica materia oscura.

Per tutto questo catturare la radiazione Cherenkov sarà importante e per questo è stato pensato il CTA, dotato di tre tipologie di telescopi: i Large Size Telescope (LST) con un diametro di 23 metri, i Medium Size Telescope (MST) con un diametro di 12 metri e GLi Small Size Telescope (SST) con un diametro di 6 metri. Il progetto complessivo prevede la realizzazione di 100 telescopi nell’emisfero sud, presso lo European Southern Observatory di Paranal in Cile, e di 20 telescopi nell’emisfero nord nell’isola di La Palma. Quella iniziata qui è la costruzione del primo prototipo di LST, nella cui realizzazione anche l’Italia è impregnata principalmente attraverso l’INFN (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare). Come ha dichiarato Alessandro De Angelis, della sezione INFN di Padova e responsabile nazionale del CTA per l’INFN, «LST, essendo il più grande, è il telescopio che pone le sfide tecnologiche maggiori, che vanno da una meccanica di avanguardia a un’elettronica superveloce. Maggiori sono le sfide, maggiori sono le ricadute tecnologiche e scientifiche: all’interno di LST abbiamo sviluppato nuovi strumenti che verranno utilizzati anche nella radiografia digitale, ed esploreremo regioni sconosciute dell’universo».

I nostri scienziati sono presenti anche attraverso l’INAF (Istituto Nazionale di Astrofisica), che invece  contribuirà alla realizzazione della schiera di telescopi di piccole dimensioni, dando seguito al lavoro realizzato nell’ambito del progetto bandiera ASTRI (Astrofisica con  Specchi  a  Tecnologia  Replicante Italiana), finanziato dal MIUR, come ha spiegato Patrizia Caraveo, responsabile INAF del progetto CTA e componente del Council Internazionale: «l’INAF ha deciso di concentrare i suoi sforzi sui telescopi di piccole dimensioni, ha in corso i test sul prototipo ASTRI, in funzione all’osservatorio di Catania a Serra la Nave, e pianifica di iniziare la costruzione di un primo gruppo di piccoli telescopi in Cile a partire dal prossimo anno».

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