Sviluppata nel contesto del programma JEM-EUSO, che intende esplorare l’utilizzo di strumenti d’indagine innovativi per l’astronomia multimessaggera, la missione EUSO-SPB2 ha avuto come obiettivo quello di testare una nuova tipologia di rivelatore spaziale dedicato all’osservazione di neutrini e raggi cosmici di altissime energie tramite le operazioni di uno strumento basato sulle operazioni sinergiche e indipendenti di due telescopi con un volo su pallone lanciato nel maggio 2023 dalla base NASA di Wānaka in Nuova Zelanda. Una delle sfide principali della moderna fisica e dell’astrofisica multimessaggera è infatti quella di affiancare alle misure dei messaggeri del Cosmo misurati dallo spazio, quali fotoni e raggi cosmici, anche le informazioni portate con sé da due messaggeri dall’Universo estremamente rari e elusivi come i neutrini e raggi cosmici di altissime energie.
La missione EUSO-SPB2 rappresenta la continuazione della missione EUSO-SPB1, strumento già lanciato dalla base di Wānaka nel 2017, ed è parte del programma JEM-EUSO insieme all’apparato di terra EUSO-TA installato nello stato americano dello Utah, dal 2013 e alla missione spaziale Mini-EUSO, operativo da agosto 2019 all’interno della Stazione Spaziale Internazionale. Oltre ai propri obiettivi scientifici e tecnologici, EUSO-SPB2 è anche un esperimento dimostratore per la missione spaziale POEMMA, una sonda per l’astrofisica multimessaggera selezionata come Probe Mission nell’ambito del programma NASA “Decadal Survey (2020-2030)” per lo studio delle regioni più estreme dell’Universo attraverso l’osservazione dei raggi cosmici di altissima energia (>1019 eV) e di neutrini astrofisici e cosmogenici con la tecnica esplorata da EUSO-SPB2.
L'ASI insieme all’INFN partecipa a questo esperimento dal 2021, nell'ambito di una collaborazione internazionale che comprende NASA e istituti di ricerca e università in USA, Francia, Giappone, Polonia, Russia, Svezia, Repubblica Ceca, Slovacchia e Svizzera. I ricercatori italiani sono stati responsabili della realizzazione del sistema di acquisizione dati, del sistema di trigger e del software di controllo del telescopio di Fluorescenza di EUSO-SPB2. Attraverso un accordo di collaborazione tra ASI e University of Chicago, istituzione responsabile della missione EUSO-SPB2 a cui è affiliato il Principal Investigator Angela Olinto, ASI e INFN hanno potuto fornire il contributo hardware italiano alla missione e partecipare a tutte le fasi di test, qualifica spaziale, assemblaggio e lancio.
EUSO-SPB2 è stata la seconda e ultima missione della campagna NASA di lancio palloni dalla Nuova Zelanda nell’anno 2023. Il volo, della durata di 35 ore, è stato effettuato su un Super Pressure Balloon, una piattaforma sperimentale di pallone stratosferico di ultima generazione utilizzata da NASA da pochi anni per operare in atmosfera payload scientifici di elevato peso e dimensioni. Lo strumento EUSO-SPB2 ha osservato il cielo notturno dell’emisfero australe con due telescopi indipendenti che hanno misurato separatamente la componente di luce di Fluorescenza e di luce Cherenkov prodotta dagli sciami atmosferici potenzialmente generati sia da raggi cosmici di altissima energia provenienti da fuori dall’atmosfera, sia generati da decadimento di neutrini tau provenienti dal basso, appena sotto la linea dell’orizzonte. Le due componenti di luce si differenziano per la loro “durata” (dell’ordine di vari microsecondi per la luce di Fluorescenza e qualche nanosecondo per la luce Cherenkov) e necessitano quindi di sensori ed elettronica di acquisizione specializzate per ciascun telescopio. Lo sviluppo, costruzione ed operazione dei due telescopi sullo stesso strumento rappresentano quindi un obiettivo fondamentale per verificare la possibilità di osservare sciami atmosferici dallo Spazio misurando in maniera sinergica entrambe le componenti di luce.
L’analisi dei dati raccolti durante le operazioni dello strumento EUSO-SPB2 durante il volo dimostra il continuo progresso delle competenze tecnologiche e scientifiche già maturate e rafforzate negli ultimi anni dai team italiani e messe a disposizione della comunità scientifica internazionale nel campo di frontiera delle misure di sciami atmosferici estesi dallo spazio, e rappresenta un ulteriore passo verso la realizzazione di un programma estremamente ambizioso quanto rivoluzionario come POEMMA.
