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Che cos’è la materia oscura che pervade l’Universo? Quali sono le fonti dei misteriosi raggi di lampi gamma? Aiuterà a completare il puzzle dell’astrofisica delle alte energie FERMI (inizialmente chiamata GLAST  ma ribattezzata poi in onore del grande fisico italiano), una missione della NASA, di cui l’Italia e l'ASI sono partner fondamentali. Partito l'11 giugno 2008, questo satellite è dedicato allo studio delle sorgenti celesti di raggi gamma (GLAST sta infatti per Gamma-ray Large Area Space Telescope).

Con la sua sensibilità senza precedenti, permetterà di ottenere informazioni dettagliate su buchi neri, stelle di neutroni, esplosioni di supernovae, lampi gamma, quasar, getti di particelle accelerate in prossimità di buchi neri e brillamenti solari. FERMI fornirà anche una mappa accurata dell'emissione del gas della nostra galassia. Infatti, la Via Lattea è bombardata dai raggi cosmici e rappresenta un’intensa sorgente di radiazione gamma.

Gli “occhi” di FERMI sono due strumenti, il Large Area Telescope (LAT) -  realizzato nei laboratori di Pisa dell'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) e dedicato a osservare grandi aree di cielo e ricostruire la distribuzione dell'energia emessa dalla sorgente - e il GLAST Burst Monitor (GBM) dedicato alla ricerca e allo studio dei gamma-ray burst, improvvisi e potentissimi lampi di fotoni di alta energia, che appaiono circa una volta al giorno da posizioni qualsiasi del cielo.

La scommessa di FERMI
Le osservazioni di FERMI permetteranno di compiere enormi passi in molti settori dell’astrofisica. Per esempio, studiando le stelle di neutroni, tra cui si trovano le tre sorgenti più luminose del cielo nella banda gamma, che si comportano come enormi acceleratori di particelle. Lo studio della radiazione gamma che si produce nell’interazione tra queste particelle e il campo magnetico della densa stella rotante consentirà di capire i fenomeni fisici che caratterizzano la fase finale della vita di una stella massiccia.

La missione potrà anche risolvere finalmente il mistero dei lampi gamma. Questi lampi di energia immensa della durata compresa tra qualche millisecondo e diversi minuti sono stati scoperti casualmente e sono rimasti inspiegabili per molti anni. Ora si sa che i lampi gamma di più lunga durata sono associati all’esplosione di ipernovae, stelle molto massicce che collassato in buchi neri. GLAST andrà a studiare l’emissione alle energie più alte mai raggiunte.

FERMI permetterà di localizzare meglio le molte sorgenti gamma osservate, ma non ancora identificate, consentendo la ricerca delle controparti ad altre lunghezze d’onda e quindi la loro classificazione. Saranno inoltre scoperte nuove sorgenti che al momento contribuiscono al fondo diffuso e sarà possibile studiare la distribuzione spaziale del fondo residuo. Il satellite potrebbe essere in grado di rivelare anche la radiazione gamma proveniente dall’annichilazione di particelle candidate come componenti della massa oscura che pervade l’Universo, fornendo così un contributo sostanziale a questo settore di ricerca.

Infine, terrà sotto osservazione i brillamenti solari. Pericolosi per tutte le missioni spaziali, in quanto associati all’emissione di particelle molto energetiche, queste esplosioni che avvengono sulla superficie del Sole saranno sorvegliate attraverso lo studio dell’emissione gamma da essi generata.
 

La partecipazione italiana alla missione
Alla costruzione dello strumento LAT hanno partecipato tre piccole e medie industrie italiane, la Plyform, che ha realizzato la parte meccanica mettendo a punto la tecnologia di precisione necessaria per garantire le prestazioni richieste e la G&A Engineering (responsabile dell'intero processo di integrazione) e la MIPOT che hanno assemblato i rivelatori con la parte meccanica e l'elettronica, quest'ultima fornita dall'Università di Santa Cruz, Stati Uniti. La Hamamatzu Italia ha curato la fornitura dei rivelatori al silicio.

I test e le calibrazioni sono stati condotti in Thales Alenia Space e al CERN sotto la responsabilità dei gruppi INFN. Le attività, scientifiche e industriali, di costruzione del LAT sono state coordinate da ASI, che gestisce anche i rapporti con la NASA. L'altro importante apporto italiano alla missione FERMI è la partecipazione alla gestione dai dati attraverso attività di archiviazione, analisi e distribuzione che sono svolte presso l'ASI Science Data Center. Più del 20% degli scienziati impegnati in GLAST sono italiani: Fisici e astrofici provenienti da INAF, INFN e Università ricoprono ruoli con responsabilità cruciali all'interno dei vari gruppi di lavoro della Collaborazione internazionale.

Il Centro, in collaborazione con INFN e INAF, partecipa allo sviluppo del software di analisi dei dati ed ha il compito di distribuire i prodotti di alto livello alla comunità scientifica nazionale tramite la rete web. Questo assicura allo ASI Science Data Center una visione globale del contributo italiano alla scienza di FERMI che riguarda, oltre all'attività di analisi dei dati, anche la simulazione delle performance dello strumento e la preparazione dei programmi di follow-up in multifrequenza per avere informazioni in tempo reale sul comportamento radio, ottico e X delle sorgenti gamma. Le attività dello ASI Data Center hanno anche lo scopo di fornire supporto alla comunità astrofisica italiana, tradizionalmente molto attiva nel settore dell'astrofisica delle alte energie, al fine di ottimizzare lo sfruttamento scientifico della missione, anche in relazione ai risultati di Agile.

Una costellazione di satelliti, da COS-B a FERMI/GLAST

L’importante partecipazione italiana alla missione FERMI è un nuovo capitolo in una storia che dura ormai da oltre trent’anni, e che ha fatto del nostro Paese un protagonista dell’astrofisica della alte energie. Una storia iniziata con COS-B, la prima missione spaziale dell’ESA per lo studio delle emissioni gamma, lanciata il 30 agosto 1975, di cui l’Italia era tra i principali partner scientifici. La scoperta di lampi o "burst" di raggi gamma, dalla provenienza del tutto sconosciuta, iniziava in quegli anni a creare grande interesse, e COS-B tracciò una prima mappa delle sorgenti gamma della Galassia.

Il decennio successivo vede la ricerca italiana partecipare anche a EXOSAT, l’osservatorio a raggi X dell’ESA. Lanciato nel maggio del 1983, era la prima missione europea dedicata interamente allo studio dell’Universo in raggi X, e raccolse dati su una grande varietà di oggetti, da nane bianche ad ammassi di galassie a supernovae.

Forte di queste esperienze l’Italia era ormai pronta a mettere in cantiere la realizzazione del primo satellite scientifico italiano. Battezzato BeppoSAX dal soprannome del fisico italiano Giuseppe Occhialini, fu lanciato nel 1996 e rimane uno dei più grandi successi spaziali del nostro Paese. Rimase operativo sette anni, con una straordinaria ricaduta scientifica, in particolare per quanto riguarda i gamma ray burst. Nel corso della sua vita, il satellite ne ha osservati più di trenta, e rivelando l’emissione di raggi X che accompagna quella gamma ha provato che provengono da potentissime esplosioni in galassie lontanissime. Il successo di BeppoSAX è stata la premessa per l’importante ruolo giocato dall’Italia anche nelle missioni XMM-Newton e INTEGRAL (entrambe dell’ESA) e SWIFT (della NASA). Nel 2007, finalmente, il lancio di un nuovo satellite tutto italiano, AGILE, dotato di un rivelatore in grado di osservare contemporaneamente nella banda gamma e dei raggi X duri. Nel suo primo anno di osservazioni, AGILE ha già ottenuto la prima mappa completa del cielo osservabile in radiazione gamma. Ora tocca a GLAST proseguire questa avventura, continuando a indagare sui gamma ray burst e sull’enigma della materia oscura.

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