È stato acceso con successo oggi 27 gennaio alle 11.50 (ora italiana) l’UTTPS (Upgraded Tracker Thermal Pump system), il nuovo sistema di raffreddamento del tracciatore dell’Alpha Magnetic Spectrometer (AMS-02), che alle 12.00 ha ripreso così l’acquisizione dati. Cinque anni di sviluppo e quattro passeggiate spaziali, la prima il 15 novembre 2019 e l’ultima lo scorso 25 gennaio, dell’astronauta dell’ESA European Space Agency Luca Parmitano e del suo collega Andrew Morgan hanno permesso il raggiungimento di questo fondamentale risultato. Con il completamento di questa impresa si estende così la vita in orbita di AMS-02, il rivelatore di particelle, frutto di una collaborazione internazionale cui l’Italia partecipa con l’ASI-Agenzia Spaziale Italiana e l’INFN-Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, che opera a bordo della Stazione Spaziale Internazionale (ISS) da maggio 2011. Dopo questo intervento, che ha comportato la più complessa attività extra-veicolare mai condotta da astronauti nella storia spaziale, AMS-02 sarà in grado di continuare a funzionare lungo tutta la vita dell’ISS, quindi fino al 2028, e magari anche oltre.

“Quando, nel 2014, il sistema di raffreddamento del tracciatore ha iniziato a mostrare i primi segni di deterioramento è partita la progettazione del UTTPS, un apparato in grado di interfacciarsi con quello esistente e sostituirne le funzioni”, spiega Bruna Bertucci, ricercatrice dell’INFN e professore all'Università di Perugia, vice-responsabile della collaborazione internazionale che conduce l’esperimento. “In Italia – prosegue Bertucci – abbiamo verificato che il nuovo sistema fosse adeguato per operare in orbita e, sin dalla sua fase prototipale, un’accurata campagna di test è stata progettata e condotta nei laboratori dell’INFN e dell’Università di Perugia, in collaborazione con il MIT, il Politecnico di Aachen e la NASA, per verificare la resistenza dell’UTTPS agli stress del lancio verso la ISS, e la sua funzionalità in vuoto a condizioni estreme di temperatura”. “I risultati positivi della campagna di test sono stati confermati dal successo dell’accensione di oggi dopo l’installazione in orbita”, conclude la vice-responsabile di AMS-02.

“Le prove e le ispezioni effettuate da Luca Parmitano all'esterno della Stazione Spaziale Internazionale sono state fondamentali per confermare che il nuovo sistema di raffreddamento del tracciatore a silicio, installato sempre da Luca su AMS-02 il 2 dicembre 2019, era pronto per essere messo in funzione” sottolinea Valerio Vagelli ricercatore dell’Agenzia Spaziale Italiana e membro del team per l’analisi dei dati di AMS. “Dopo aver sigillato in maniera definitiva lo strumento AMS-02, gli astronauti sono rientrati all'interno della Stazione Spaziale Internazionale, concludendo quindi con successo le operazioni previste per l’intervento sullo strumento. E oggi i ricercatori dell’esperimento AMS-02, al lavoro al centro di controllo al CERN di Ginevra, dopo aver preparato lo strumento, hanno potuto procedere alla sua accensione, e riprendere così le operazioni di presa dati, per tornare nuovamente alla “caccia” di raggi cosmici nello spazio”, conclude Vagelli.

AMS-02 è l’unico strumento attualmente in orbita in grado di distinguere i deboli segnali di antimateria tra i differenti tipi di particelle presenti nello spazio, indagando così sulla natura della materia oscura e ricercando possibili residui di antimateria dalle origini dell’universo.

AMS-02 ha raccolto ad oggi il più completo campione di raggi cosmici mai registrato, con circa 150 miliardi di particelle registrate dalla sua prima accensione nel 2011. Ha misurato con straordinaria precisione il flusso delle diverse componenti di materia (nuclei atomici ed elettroni) e di antimateria, fornendo il più ricco campione di antiprotoni e antielettroni, anche ad energie precedentemente inesplorate. I prossimi anni saranno cruciali per accumulare ulteriore statistica e comprendere l’origine e la natura dei segnali osservati. I risultati scientifici di AMS-02 stanno infatti portando nuove informazioni, in gran parte inattese, che mostrano i limiti dell’attuale comprensione dei meccanismi che stanno dietro l’origine, l’accelerazione e la propagazione dei raggi cosmici. Sulla base di questi risultati la comunità scientifica internazionale sta sviluppando nuove teorie che possano descrivere in maniera esaustiva i nuovi risultati di AMS-02, e fornire quindi, in sinergia con le informazioni complementari fornite dagli altri messaggeri cosmici quali fotoni, neutrini e onde gravitazionali, risposte a molte domande aperte circa i meccanismi di funzionamento ed evoluzione del nostro universo.

Il successo nell'installazione e accensione dell’UTTPS apre nuovi orizzonti nell'esplorazione dei complessi fenomeni che avvengono nella nostra galassia e nel nostro sistema solare. Il maggior tempo di osservazione, che si estenderà per più di un intero ciclo solare (11 anni), permetterà, infatti, ad AMS-02 di studiare l’influenza dell’attività solare sull'ambiente di radiazione attorno alla Terra fornendo per la prima volta informazioni sul comportamento delle differenti componenti della radiazione a energie non monitorate da altri strumenti in orbita. La conoscenza così acquisita potrà avere importanti ricadute, per esempio nella comprensione dei livelli di radiazione cui gli astronauti potranno essere esposti nell'esplorazione del nostro sistema solare.

AMS-02 è frutto di una collaborazione internazionale, diretta dal Premio Nobel Samuel C. C. Ting del MIT, i cui membri provengono da 15 nazioni in tre continenti (America, Europa, Asia). L’Italia ha dato un contributo fondamentale alla realizzazione dello strumento, sviluppando cinque dei sei rivelatori che lo compongono, partecipando al controllo delle operazioni in orbita e al sofisticato lavoro dell’analisi scientifica dei dati. Progettato nei primi anni 2000, AMS-02 è basato sulle tecnologie utilizzate nella fisica delle alte energie agli acceleratori applicate però, con ulteriori sviluppi, in ambiente spaziale: in oramai quasi nove anni di funzionamento in orbita, i rivelatori che lo compongono non hanno mostrato segni di invecchiamento, e mantengono le prestazioni originali di progetto. Questo rappresenta un grande successo per l’Italia, dimostrando l’eccellenza scientifica e tecnologica raggiunta nel settore dall’INFN, dalle Università coinvolte in questo esperimento, e dalle principali industrie aerospaziali italiane sotto il coordinamento dell’ASI.

Portato in orbita nel 2011 con la missione STS-134 dello shuttle Endeavour e istallato sulla ISS in base a un accordo tra la NASA e il DOE (Department Of Energy), le operazioni dello strumento sono condotte dai membri della collaborazione nel centro di controllo (Payload Operation Control Center) situato al CERN, a Ginevra, e in stretto coordinamento con il team di supporto della NASA presso il Johnson Space Center. Copia integrale dei dati dall’esperimento è trasmessa e analizzata al centro di calcolo CNAF dell’INFN e distribuita quindi all’ASI Space Science Data Center (SSDC). In Italia, la missione è stata realizzata congiuntamente da ASI e INFN, sia nella fase di sviluppo della strumentazione (2000-2011) che nell’attuale fase di operazione in orbita e di analisi dei dati scientifici. La collaborazione italiana vede la partecipazione di cinquanta ricercatori dell’Università e delle Sezioni INFN di Bologna, Milano Bicocca, Perugia, Roma Sapienza, Roma Tor Vergata, Pisa, Trento e di ASI.