A.S.I. - Agenzia Spaziale Italiana - La strada che porta allo spazio passa per il nostro bel Paese.

16 Mar 2010

L'osservatorio a microonde Planck dell'ESA - la prima missione spaziale Europea realizzata per studiare il fondo cosmico a microonde (Cosmic Microwave Background, CMB) - ha iniziato la seconda di quattro osservazioni complete del cielo, che alla fine produrranno le stime più precise mai ottenute di dimensioni, densità, età, geometria, composizione e destino del nostro Universo. Sebbene l'obiettivo principale di Planck sia di realizzare una mappa del CMB, scansionando l' intero cielo, con una combinazione senza precedenti di copertura di frequenze, risoluzione angolare, e sensibilità, Planck fornirà anche dati importanti per moltissime altre applicazioni astrofisiche. Ciò è chiaramente dimostrato dalle nuove immagini di Planck, pubblicate oggi, che tracciano la polvere fredda nella nostra Galassia, e mostrano la struttura a grande scala del mezzo interstellare nella Via Lattea.

Le immagini sono un prodotto scientifico accessorio dell' attività di analisi dati in corso, che tende a produrre mappe del CMB con la più alta sensibilità (poche parti per milione) e la migliore risoluzione angolare (5 minuti d' arco) mai raggiunte. Una parte dell' analisi consiste nel separare da quanto misurato l' emissione dovuta a contaminanti locali - come il dipolo cosmico (un segnale dovuto al nostro moto rispetto al CMB) e la radiazione prodotta dai gas e dalle polveri presenti nella Via Lattea e in altre galassie - in modo da svelare la debole mappa del CMB. Nel farlo si ottengono interessantissime mappe dell' emissione locale, come quelle mostrate qui.

“Questi primi risultati di Planck - commenta Paolo de Bernardis, dell'Università di Roma La Sapienza, tra gli scienziati italiani impegnati sullo strumento HFI di Planck - mostrano l’ efficacia delle osservazioni submillimetriche dallo spazio nell’ osservare le debolissime radiazioni prodotte dalle zone più fredde del nostro universo.”

Alla ricerca dei luoghi dove si formano le stelle

Una caratteristica chiave di Planck è la sua capacità di misurare la temperature delle particelle di polvere interstellare più fredde. La temperatura è un indicatore importante delle condizioni fisiche del mezzo interstellare, perché viene determinata dal bilancio di energia del mezzo e varia parecchio da luogo a luogo, a seconda dello stato evolutivo delle stelle circostanti.

Tra le molte ricerche scientifiche in corso con Planck, una mira a identificare le nubi di polvere interstellare più fredde, nelle quali sta per iniziare la formazione di stelle. Questa immagine, riprodotta a destra, mostra come Planck rivela la polvere fredda: i colori più rossi corrispondono a temperature di circa 12 gradi Kelvin (-261 oC) metre i colori più bianchi corrispondono a temperature relativamente più elevate (alcune decine di gradi Kelvin) in regioni dove si stanno attualmente formando le stelle.  Planck eccelle nella misura di queste nubi di polvere su tutto il cielo, e fornisce l' informazione cruciale della temperatura della polvere a sc ale globali.  Combinando i dati globali di Planck con quelli di altri satelliti, come Herschel dell' ESA o il telescopio spaziale Spitzer della NASA, che misurano dettagli molto più piccoli) e IRAS, gli astronomi potranno studiare la formazione delle stelle nell' intera Via Lattea.

Le strutture filamentose permeano il cosmo

Lo spazio tra le stelle non è vuoto, è riempito di nubi di gas e polveri, ben mischiate tra loro, conosciute come "mezzo interstellare". Le grandi nubi visibili in questa seconda imagine di Planck (a sinistra) che copre una regione di circa 55 gradi di lato, mostrano la struttura filamentosa del mezzo interstellare nelle vicinanze del sole (entro circa 150 pc, o 500 anni luce dal Sole). I filamenti locali sono connessi alla Via Lattea, la struttura orizzontale sulla parte bassa dell' immagine, dove l' emissione proviene da distanze molto maggiori, all' interno del disco della nostra Galassia.

L'immagine mostra una tipica nursery di stelle (circa 3 gradi di lato) nella costellazione dell' Aquila, ed è stata prodotta dall' osservatorio spaziale Herschel. Le strutture filamentose misurate alle piccole scale da Herschel sono notevolmente simili morfologicamente a quelle visibili alle scale più grandi da Planck.

La regione di cielo coperta dall' immagine di Planck è compresa nel rettangolo rosso dell' immagine di IRAS di mezzo cielo visibile qui a destra. La ricchezza della struttura osservata, e il modo in cui le piccole e le grandi scale sono interconnesse, sono dati importanti per lo studio dei meccanismi fisici alla base della formazione delle stele e delle galassie. Questo esempio mostra la sinergia tra Herschel e Planck che mostrano, insieme, sia la morfologia globale che i dettagli più fini delle strutture presenti nella nostra Galassia.

Planck mappa il cielo a nove frequenze usando due strumenti allo stato dell'arte, progettati per misurare la radiazione diffusa del cielo con alta sensibilità e a diverse frequenze simultaneamente: lo strumento ad alta frequenza (High Frequency Instrument - HFI) include bande di frequenza tra 100 e 857 GHz, e lo strumento a bassa frequenza (Low Frequency Instrument - LFI) include bande di  frequenza tra 30 e 70 GHz.

"Una delle marce in più di Planck rispetto ad altre missioni spaziali che
nel passato hanno studiato la CMB è la sua capacità di coprire una gamma
di frequenze molto più ampia" spiega Marco Bersanelli, instrument
scientist di LFI che guida il gruppo Planck dell'Università di Milano. "I
due strumenti LFI e HFI sono stati concepiti come complementari l’uno
all’altro: dalla combinazione delle loro osservazioni stiamo realizzando
mappe full-sky in nove bande, da una lunghezza d'onda di un centimetro
sino a un terzo di millimetro. Questo ampio spettro di frequenze è
essenziale per separare con la necessaria accuratezza la radiazione
“locale” (dovuta alla nostra galassia e a sorgenti extragalattiche) dalla
radiazione cosmologica, che è il principale obiettivo della missione."

"Gli strumenti di PLANCK sono in grado di misurare su tutto il cielo
differenze di temperatura di pochi milionesimi di grado con una
risoluzione angolare dell’ordine di 10 arco-minuti" prosegue Bersanelli. "Grazie a queste
straordinarie prestazioni strumentali contiamo di ottenere una descrizione
della radiazione cosmica di fondo con un livello di dettaglio senza
precedenti e di dare un nuovo impulso alla cosmologia. L'analisi dei dati di LFI e' in pieno svolgimento presso il Data
Processing Center all'Osservatorio Astronomico e alla SISSA di Trieste, e
promette molto bene."

La prima osservazione di tutto il cielo è iniziata nell' Agosto 2009 e oggi (metà Marzo 2010) è completa al 98%. Per il modo in cui Planck scansiona il cielo, il pezzettino di cielo mancante sarà osservato alla fine di Maggio 2010. Planck raccoglierà dati fino alla fine del 2012, ottenendo quattro osservazioni complete di tutto il cielo. Un primo insieme di dati astronomici, chiamato Primo Catalogo di Sorgenti Compatte (Early Release Compact Source Catalogue), sarà rilasciato fin da Gennaio 2011. Per arrivare ai risultati principali di Cosmologia saranno necessary due anni ulteriori di analisi dei dati. Il primo insieme di dati elaborati sarà reso disponibile alla comunità scientifica alla fine del 2012.

L’ Agenzia Spaziale Italiana ha contribuito in modo molto significativo al satellite Planck, con lo Strumento a Bassa Frequenza (LFI) (P.I. Nazzareno Mandolesi, IASF-INAF di Bologna), i preamplificatori criogenici dello strumento ad alta frequenza (Prof. Paolo de Bernardis, Università di Roma La Sapienza), e con il supporto all’ analisi e allo sfruttamento scientifico dei dati (con il Data Processing Center di LFI, guidato da INAF - Osservatorio Astronomico di Trieste, che raccoglie i contributi di tutti gli istituti coinvolti nel consorzio LFI).

LFI è stato realizzato in stretta collaborazione con Thales Alenia Space.

I preamplificatori criogenici di HFI sono stati realizzati in stretta collaborazione con Galileo Avionica.