A trent’anni esatti dalla prima osservazione della Nebulosa del Granchio che ha aperto l’era dell’astronomia nei raggi gamma di altissima energia con la tecnica Cherenkov, è stato raggiunto un altro importante risultato in questo campo. Il telescopio Cherenkov Astri-Horn, basato sull’innovativa configurazione ottica aplanatica a doppio specchio Schwarzschild-Couder e dotato di una camera altrettanto innovativa, ha osservato per la prima volta la Nebulosa del Granchio alle energie dette “del TeV” (1 TeV = mille miliardi di elettronvolt, cioè mille miliardi di volte l’energia della luce visibile) dimostrando la fattibilità e le potenzialità della nuova tecnologia.
«Il risultato ottenuto da Astri-Horn rappresenta un traguardo importante nell’ambito delle tecnologie per l’astronomia in raggi gamma da Terra. Dimostra che la configurazione a doppio specchio proposta originariamente dal grande astrofisico tedesco, Karl Schwarzschild, funziona in modo egregio e apre nuove frontiere osservative nell’ambito dell’astronomia in raggi gamma» dice Giovanni Pareschi, astronomo dell’Inaf-Milano e Principal Investigator del progetto Astri. «Con i telescopi a due specchi è infatti possibile ottenere un campo visivo molto ampio pur mantenendo una configurazione molto compatta. Ciò permette l’uso di sensori innovativi a pixel piccolo e, in futuro, di osservare i raggi gamma di energia più alta, fino a centinaia di TeV. L’utilizzo scientifico di telescopi a grande campo è di importanza fondamentale per l’astronomia gamma».
Nel 1989, la prima osservazione della Nebulosa del Granchio alle energie del TeV fu ottenuta con il telescopio americano a singolo specchio Whipple. Questa scoperta segnò l’inizio dell’astronomia TeV che, con la sua rapida crescita, ha portato alla rilevazione di circa 200 sorgenti di raggi gamma con strumenti a terra come Hess, Magic e Veritas, aprendo la strada alla prossima generazione: il Cherenkov Telescope Array (Cta).
Poiché i raggi gamma non raggiungono mai la superficie terrestre, questi strumenti utilizzano la rivelazione della cosiddetta luce Cherenkov che si genera nell’interazione dei raggi gamma con l’atmosfera. I raggi gamma di alta energia entrando in contatto con l’atmosfera terrestre producono cascate di particelle subatomiche – queste particelle altamente energetiche possono viaggiare più velocemente della velocità della luce nell’aria, dando luogo a un debole (e brevissimo, dell’ordine del miliardesimo di secondo) lampo di luce bluastra. I telescopi Cherenkov, sin dall’inizio, sono stati costruiti per catturare questa luce e quindi, indirettamente, rilevare i segnali in raggi gamma emessi dalle sorgenti celesti. Per questo scopo sono stati adottati finora configurazioni ottiche semplificate che prevedono un solo specchio in cui la luce viene riflessa per essere catturata direttamente dalla camera di rilevazione.
L’Istituto Nazionale di Astrofisica (Inaf) con il sostegno del Ministero dell’Istruzione, dell’Università e della Ricerca (Miur) sta conducendo il progetto Astri finalizzato alla progettazione, implementazione e all’uso astronomico di un prototipo di telescopio completo proposto per i Telescopi con specchio principale di 4 metri per il futuro grande Osservatorio internazionale per raggi gamma Ctao (Cherenkov Telescope Array Observatory), il cui centro direzionale è a Bologna, nella sede dell’Inaf.
Questo telescopio Cherenkov è denominato Astri-Horn, in onore di Guido Horn d’Arturo, astronomo italiano che fu direttore dell’Osservatorio di Bologna, che per primo propose nel secolo scorso la tecnologia degli specchi a tasselli in campo astronomico. Il prototipo Astri-Horn, situato sull’Etna presso la stazione di osservazione Inaf “Mario Girolamo Fracastoro”, è stato sviluppato come un progetto completo, basato in larga parte su tecnologie sviluppate da INAF e industrie nazionali. Il telescopio adotta per la prima volta una configurazione ottica detta di Schwarzschild-Couder a doppio specchio, che permette di ottenere un campo di vista molto grande, di circa 10 gradi di diametro. I due specchi sono posizionati in asse, così da poter riflettere e focalizzare la luce e “fotografare” in modo omogeneo, senza distorsioni, una regione di cielo molto estesa, al contrario di altri telescopi che sono necessariamente limitati nel loro campo di vista. Il telescopio ASTRI è inoltre dotato di una innovativa camera per raccogliere le immagini, che fa uso di nuovi sensori al silicio ed è dotata di un’elettronica di lettura molto veloce in grado di registrare i brevissimi lampi di luce. Inoltre INAF ha sviluppato l’intera catena di archiviazione e analisi dei dati scientifici che, partendo dai segnali elettronici rilevati, permette di arrivare alle immagini astronomiche in raggi gamma.
Le osservazioni della Nebulosa del Granchio sono state condotte tra il dicembre 2018 e il gennaio 2019, durante la fase di verifica del telescopio Astri-Horn, per un tempo di osservazione totale di 29 ore. La camera di rivelazione era tuttavia ancora in fase di verifica e la sua funzionalità non ancora ai massimi livelli. Inoltre, a causa delle recenti eruzioni dell’Etna, l’efficienza della riflessione degli specchi era parzialmente ridotta. Nonostante queste limitazioni, le osservazioni hanno consentito di osservare la Nebulosa del Granchio con una significatività statistica molto alta ad una soglia di energia di circa 3,5 TeV, dimostrando definitivamente l’efficacia dei telescopi a due specchi e aprendo una nuova era per l’astronomia in raggi gamma con tecnica Cherenkov.
(dal comunicato INAF, Istituto Nazionale di Astrofisica, 7 maggio 2019)
