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ALMA apre gli occhi

l più potente telescopio al mondo nella banda millimetrica/submillimetrica solleva le serrande: ecco la prima immagine

03 ottobre 2011

Il più complesso osservatorio terrestre al mondo, ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), ha ufficialmente aperto le porte agli astronomi. La prima immagine distribuita, ottenuta con un telescopio ancora in costruzione, rivela un Universo ben diverso da quello che appare ai telescopi che operano in luce visibile o infrarossa. Migliata di scienziati in tutto il mondo hanno gareggiato per riuscire ad essere tra i primi selelezionati ad esplorare con questo nuovo strumento astronomico alcuni dei misteri più bui, freddi, lontani e meglio nascosti del cosmo.

Attualmente la schiera di antenne radio di ALMA  è composta solamente da circa un terzo delle 66 totali, e le separazioni raggiungono i 125 metri invece che il massimo di 16 chilometri. Lo strumento  è in crescita sulla piana di Chajnantor, nel nord del Cile ad un'altezza di 5000 metri. Eppure, anche se ancora in costruzione, ALMA  è già divenuto il miglior telescopio del suo genere -- come si vede dallo straordinario numero di astronomi che hanno richiesto tempo osservativo con ALMA.

"Anche in questa fase iniziale ALMA  batte già gli altri strumenti submillimetrici. L'aver raggiunto questo traguardo rappresenta un tributo ai notevoli sforzi di molti scienziati e tecnici, di tutte le zone del mondo che hanno contribuito ad ALMA, che l'hanno reso possibile", dice TIm de Zeeuw, Direttore Generare dell'ESO, il rappresentatnte europeo in ALMA.

ALMA osserva l'Universo in una luce particolare, di lunghezza d'onda millimetrica e submillimetrica, mille volte più lunga all'incirca della lunghezza d'onda della luce visibile. In questo modo gli astronomi possono studiare gli oggetti celesti molto freddi -- come le dense nubi cosmiche di polvere e gas da cui si formano stelle e pianeti -- così come gli oggetti molto distanti dell'Universo primordiale.


La galassie "Le Antenne": l'immagine ottenuta con ALMA
a confronto con quella del Telescopio Spaziale Hubble.

ALMA  è decisamente diverso dai telescopi che operano in luce visibile o infrarossa.  È una schiera di antenne tra loro collegate che funziona come un solo telescopio gigante che rivela lunghezze d'onda molto più lunghe di quelle della luce visibile. Le immagini del cosmo così formate sono perciò ben diverse da quelle normalmente più conosciute.

L'equipe di ALMA nei mesi scorsi ha verificato tutti i sistemi dell'osservatorio per prepararlo al primo ciclo di osservazioni scientifiche, che va sotto il nome di "Early Science" (prima scienza). Uno dei risultati di queste verifiche è la prima immagine pubblicata da ALMA, prodotta da un telescopio ben lontano dall'essere completato. Questa immagine della galassia detta "Le Antenne"  è stata infatti realizzata utilizzando quasi sempre solo dodici antenne -- molte meno di quelle che verranno usate per la prima scienza -- e con distanze tra le antenne molto limitate. Entrambi questi fattori contribuiscono a rendere la nuova immagine solo un assaggio del futuro. Man mano che l'osservatorio crescerà, aggiungendo nuove antenne, la nitidezza, l'efficienza e la qualità delle osservazioni cresceranno drasticamente [1].

Le Antenne sono una coppia di galassie in collisione con una forma decisamente distorta. Mentre la luce visibile ci mostra le stelle delle galassie, ALMA rivela qualcosa che non si vede con gli occhi: le nubi di gas freddo e denso da cui si formano le nuove stelle [2]. Questa  è la miglior immagine delle Antenne nella banda subillimetrica che sia mai stata realizzata.

Si individuano concentrazioni massicce di gas non solo nel cuore delle due galassie ma anche nella regione caotica in cui si avviene lo scontro, dove la massa totale del gas  è di qualche miliardo di volte la massa del Sole -- un ricco serbatoio di materia per le generazioni future di stelle. Osservazioni come questa aprono una nuova finestra nell'Universo submillimetrico e saranno fondamentali per aiutarci a capire come gli scontri tra le galassie possono innescare la formazione di nuove stelle. Questo è solo uno degli esempi di come ALMA possa svelare particolari dell'Universo che non sono altrimenti visibili con telescopi ottici o infrarossi.

Per questa prima fase di "Early Science" della durata di nove mesi, ALMA poteva accettare solo un centinaio di progetti. Ciò nonostante nei mesi scorsi gli astronomi interessati hanno inviato più di 900 proposte osservative da tutto il globo. Questo eccesso di un fattore 9 nelle richieste è un vero record per un telescopio. I progetti da realizzare sono stati scelti in base al merito scientifico, alla distribuzione geografica e alla rispondenza agli obiettivi scientifici principali di ALMA.

"Stiamo vivendo un momento storica per la scienza e in particolare per l'astronomia e forse anche per l'evoluzione dell'umanità poichè iniziamo ad utilizzare il più grande osservatorio oggi in costruzione", ha detto Thijs de Graauw, Direttore di ALMA.

Uno dei progetti scelti per le osservazioni "Early Science" di ALMA  è quello di David Wilner dell'Harvard–Smithsonian Center for Astrophysics in Cambridge, Massachusetts, USA. Wilner ha detto: "Il mio gruppo  è alla ricerca dei mattoni costitutivi del sistema solare e ALMA  è l'unico strumento adatto per individuarli".

L'obiettivo della sua proposta  è AU Microscopii, una stella lontana circa 33 anni luce che ha circa l'1% dell'età del Sole. "Useremo ALMA per individuare i planetesimi nel disco di detriti che orbita intorno a questa giovane stella. Solo con ALMA possiamo sperare di scoprire, in queste fasce di asteroidi ricche di polveri, dei grumi che siano indicazione di pianeti ancora invisibili." Wilner e collaboratori condivideranno i dati con un gruppi di astronomi europei che hanno richiesto di osservare con ALMA questa stessa stella.

Spesso la ricerca di pianeti abitabili intorno ad altre stelle inizia con la ricerca di acqua in questi sistemi solari lontani. Anche i dischi di detriti, gli sciami di particelle di polvere, il gas e le rocce in orbita attorno alle stelle possono contenere blocchi ghiacciati formati da acqua congelata, gas, e anche molecole organiche -- l'astrochimica della vita.

Simon Casassus, dell'Università del Cile, e il suo gruppo useranno ALMA per osservare il disco di polvere e gas che circonda HD142527, un giovane stella a 400 anni luce da noi. "Il disco di polvere attorno a questa stella presenta una lacuna molto profonda, che potrebbe essere stata prodotta dalla formazione di pianeti giganti", dice Casassus. "All'esterno di questa lacuna il disco contiene gas a sufficienza per produrre una dozzina di pianeti delle dimensioni Giove, mentre all'interno un giovane pianeta gassoso gigante potrebbe essere ancora in formazione se il gas è ancora disponibile". La loro osservazione con ALMA misurerà la massa e le condizioni fisiche del gas all'interno del disco. "Così ALMA ci dà una possibilità di osservare la formazione dei pianeti o il suo più recente seguito". aggiunge Casassus.

Ancora più lontano, a circa 26 000 anni luce da noi, nel centro della Galassia, si trova Sagittario A*, un buco nero supermassiccio, di massa pari a circa 4 milioni di volte la massa del Sole. Il gas e la polvere tra noi e il buco nero lo nascondono ai telescopi ottici. ALMA invece può penetrare la nebbia galattica e darci una visione perfetta di Sagittario A*.

Heino Falcke, astronomo alla Radboud University Nijmegen, in Olanda, ha detto: "ALMA ci permetterà di osservare lampi di luce provenienti dai dintorni del buco nero supermassiccio e di vedere le nubi di gas imprigionate dal suo straordinario tiro. Questo ci permettera di studiare le confuse abitudini alimentari del mostro. Pensiamo che parte del gas possa sfuggire alla sua presa a velocità vicine a quelle della luce".

Come i contorni in un libro da colorare, la polvere cosmica e il gas freddo delineano le strutture all'interno delle galassie anche se non riusciamo a vedere chiaramente le galassie stesse. Ai più reconditi margini dell'Universo visibile si trovano le misteriose galassie "starburst", isole brillanti in un cosmo cupo e tranquillo. ALMA va alla caccia di gas freddo e traccianti della polvere, indietro verso l'inizio dell'Universo, fino a poche centinaia di milioni di anni dopo il Big Bang, quello che gli astronomi chiamano "alba cosmica".

Masami Ouchi del'Università di Tokyo in Giappone userà ALMA per osservare Himiko, una galassia molto distante, circondata da una nebulosa gigante e luminosa, che sforna ogni anno stelle per almeno un centinaio di volte la massa del Sole. "Gli altri telescopi non possono dirci perchè Himiko  è così brillante e perchè ha sviluppato questa enorme nebulosa caldissima, mentre il resto dell'Universo lì intorno è così calmo e buio", ha detto Ouchi. "ALMA ci può mostrare il gas freddo nell'interno della nebulosa Himiko, che traccia i moti e le attività all'interno, e così potremo finalmente capire come hanno iniziato a formarsi le galassie all'alba dell'Universo".

Durante le osservazioni "Early Science" continuerà la fase di costruzione di ALMA sulla Ande cilene, nella remota piana di Chajnantor nell'aspro deserto di Atacama. Ogni nuova antenna, equipaggiata per resistere al clima estremo, verrà inserita nella schiera e collegata con fibre ottiche. I dati raccolti da ognuna delle antenne verrano combinati in un'unica immagine da uno dei computer più veloci al mondo, costruito appositamente: il correlatore di ALMA, che può eseguire 17 biliardi di operazioni al secondo [3].

Entro il 2013 ALMA raggiungerà, con una schiera di 66 antenne radio ultra precise per onde millimetriche e submillimetriche che lavorano insieme, una dimensione di circa 16 chilometri. ALMA  è costruita da partner multinazionali in Europa, Nord America e Asia orientale.

ALMA, l'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, una struttura osservativa astronomica internazionale,  è costruita in partnership tra Europa, Nord America e Asia Orientale in cooperazione con la Repubblica del Cile.  ALMA riceve fondi in Europa dall'ESO (European Southern Observatory), nel Nord America dall'NSF (U.S. National Science Foundation) in collaborazione con l'NRC (National Research Council) del Canada e l'NSC (National Science Council) di Taiwan e nell'Asia Orientale dal NINS (National Institutes of Natural Sciences) in collaborazione con l'Academia Sinica (AS) a Taiwan. La costruzione e la gestione di ALMA sono condotte dall'ESO per conto dell'Europa, dall'NRAO (National Radio Astronomy Observatory), gestito da Associated Universities, Inc. (AUI), per conto del Nord America e dal NAOJ (National Astronomical Observatory of Japan) per conto del Giappone.  Il JAO (Joint ALMA Observatory) garantisce una guida e gestione unica alla costruzione, alla verifica e alla gestione di ALMA.

Note

[1] La qualità delle immagini prodotte da un telescopio interferometrico come ALMA dipende sia dalla separazione che dal numero delle antenne. Separazioni ampie permettono di creare immagini più nitide; se un numero maggiore di antenne viene combinato le immagini possono essere più dettagliate. Ulteriori informazioni su ALMA e sull'interferometria si trovano in:  http://www.eso.org/public/teles-instr/alma/interferometry.html

[2] Le osservazioni sono state realizzate a lunghezze d'onda specifiche, nella banda millimetrica e submillimetrica, sintonizzate per rivelare molecole di monossido di carbonio all'interno di nubi di idrogeno altrimenti invisibili, al fine di scovare dove si stanno formando le nuove stelle.

[3] 1.7x10 16 operazioni al secondo.

Ulteriori Informazioni

L'ESO (European Southern Observatory) è la principale organizzazione intergovernativa di Astronomia in Europa e l'osservatorio astronomico più produttivo al mondo. È sostenuto da 15 paesi: Austria, Belgio, Brasile, Danimarca, Finlandia, Francia, Germania, Gran Bretagna, Italia, Olanda, Portogallo, Repubblica Ceca, Spagna, Svezia, e Svizzera. L'ESO svolge un ambizioso programma che si concentra sulla progettazione, costruzione e gestione di potenti strumenti astronomici da terra che consentano agli astronomi di realizzare importanti scoperte scientifiche. L'ESO ha anche un ruolo di punta nel promuovere e organizzare la cooperazione nella ricerca astronomica. L'ESO gestisce tre siti osservativi unici al mondo in Cile: La Silla, Paranal e Chajnantor. Sul Paranal, l'ESO gestisce il Very Large Telescope, osservatorio astronomico d'avanguardia nella banda visibile e due telescopi per survey. VISTA, il più grande telescopio per survey al mondo, lavora nella banda infrarossa mentre il VST (VLT Survey Telescope) è il più grande telescopio progettato appositamente per produrre survey del cielo in luce visibile. L'ESO è il partner europeo di un telescopio astronomico di concetto rivoluzionario, ALMA, il più grande progetto astronomico esistente. L'ESO al momento sta progettando l'European Extremely Large Telescope o E-ELT (significa Telescopio Europeo Estremamente Grande), della classe dei 40 metri, che opera nell'ottico e infrarosso vicino e che diventerà "il più grande occhio del mondo rivolto al cielo". 

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Questa è una traduzione del Comunicato Stampa dell'ESO eso1137.

Sul Comunicato Stampa

Comunicato Stampa N":eso1137it
Nome:Antennae Galaxies
Facility:Atacama Large Millimeter/submillimeter Array

Immagini

Composto delle Galassie Antennae da osservazioni ALMA e Hubble
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Antennae Galaxies composite of ALMA and Hubble observations
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ALMA view of the Antennae Galaxies
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Antennae Galaxies, side-by-side comparison of ALMA and VLT observations
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The Antennae Galaxies in the constellation of Corvus
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Wide-field view of the region around the Antennae Galaxies
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Nineteen ALMA antennas on the Chajnantor plateau
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Nineteen ALMA antennas on the Chajnantor plateau
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ALMA antennas on the Chajnantor Plateau, seen from nearby Cerro Toco
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ESOcast 36: ALMA Opens Its Eyes
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Video News Release 35: ALMA Opens Its Eyes (eso1137b)
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The ALMA Compilation 2011
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Zooming on ALMA’s view of the Antennae Galaxies
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Panning across the ALMA and Hubble views of the Antennae Galaxies (crossfade)
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Panning across the ALMA and Hubble views of the Antennae Galaxies
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Zooming on the ALMA array of antennas on Chajnantor
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Telephoto view of ALMA antennas on Chajnantor
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Pan over ALMA array of antennas on Chajnantor as they move in unison
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ALMA antennas on Chajnantor move in unison
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Array of ALMA antennas on Chajnantor
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Array of ALMA antennas on Chajnantor
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Immagini a confronto

Antennae Galaxies comparison of  ALMA and Hubble observations
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