Ancora qualche tempo e le ultime tecnologie saranno finalmente in grado di visualizzare la “festa cosmica”

L’universo sta cambiando più di quanto pensassimo, esplodendo e lampeggiando e lampeggiando costantemente. Nuovi telescopi ultrasensibili forniscono un’immagine migliore dei movimenti. “BlackGem è davvero un progetto molto entusiasmante.”

Sembrano tre grandi funghi: i nuovi telescopi dell’Osservatorio europeo di La Silla, nel nord del Cile. Venivano usati in primavera. In una notte limpida, le cupole sferiche si aprono e i telescopi robotici iniziano a funzionare in modo completamente automatico. BlackGem, come viene chiamato il telescopio trinoculare, è un milione di volte più sensibile dell’occhio umano e scatta continuamente immagini del cielo stellato. Perché lì lampeggia e lampeggia costantemente. “In futuro potremmo scoprire fenomeni e cose completamente nuovi”, afferma il responsabile del progetto Paul Grote dell’Università Radboud di Nijmegen.

Ma aspetta un attimo, l’universo non cambia molto, vero? Vediamo le stesse costellazioni dei nostri lontani antenati e i movimenti del sole e della luna sono così prevedibili che abbiamo fatto affidamento su di essi per il nostro calendario e la misurazione del tempo.

Da tempo gli astronomi la pensano così: ciò che si vede oggi nel cielo ci sarà anche l’anno prossimo. o il secolo successivo. Naturalmente, per un fenomeno speciale come un’eclissi solare, bisogna essere nel posto giusto al momento giusto, ma la Nebulosa di Orione e le Sette Sorelle sembrano uguali ogni notte. Quindi l’astronomia è stata per molto tempo una scienza senza fretta.

In effetti, la credenza nell’immutabilità dell’universo era così radicata che gli antichi greci consideravano le comete – abbaglianti “stelle dalla coda” solitamente visibili solo per poche settimane – come fenomeni nell’atmosfera terrestre. Fu solo nel XVI secolo che furono scoperti al di là della Luna e ne descrissero le lunghe orbite attorno al Sole. E quando nel 1572 e nel 1604 apparvero nel cielo anche due “nuove stelle” (supernovae), cominciò lentamente ma inesorabilmente a rendersi conto che l’universo stava effettivamente subendo un cambiamento. Tutto accade lì, in ogni scala temporale immaginabile.

Esplosioni più deboli

Ora una supernova luminosa nella nostra Via Lattea può ovviamente essere immediatamente osservata, ma nell’Universo si verificano costantemente anche deboli esplosioni ed esplosioni, che a volte sono visibili solo per un breve periodo – le cosiddette Transitori. È molto più difficile studiare, perché non sai in anticipo dove e quando accadrà. Inoltre sono necessari telescopi grandi e di solito si vede solo una parte molto piccola del cielo stellato. “Solo negli ultimi 10 anni è diventato possibile monitorare l’intero cielo quasi ininterrottamente, grazie a grandi rilevatori, robot convenienti e alla capacità di trasmettere e archiviare molti terabyte di dati”, afferma Grote.

Grote ha iniziato a farlo un quarto di secolo fa all’Università di Amsterdam. Insieme al collega Titus Gallama ha studiato i misteriosi lampi di raggi gamma nell’universo, osservati utilizzando il satellite italo-olandese BEBOSAX. Dopo uno di questi lampi di raggi gamma, i due dottorandi puntarono frettolosamente un grande telescopio situato sull’isola di La Palma, nelle Canarie, verso il cielo stellato in questione e trovarono una stella che prima non esisteva e che stava già scomparendo.

Grazie a questo atto di fulmine, gli astronomi hanno scoperto che i lampi di raggi gamma si verificano in galassie lontane, quando una stella molto massiccia esplode o quando due stelle di neutroni piccolissime si scontrano e si fondono in un buco nero.

È solo un esempio di ciò che appare e lampeggia e lampeggia nell’universo. Le stelle esplodono o si scontrano violentemente. Le stelle nane bianche inghiottiscono il gas delle loro compagne, innescando un’esplosione nucleare fuori controllo. I centri delle galassie distanti espellono nello spazio nubi di gas caldo o fasci di particelle cariche. A volte si sente il grido di morte di una stella che viene inghiottita all’improvviso da un buco nero supermassiccio. E non si tratta solo della luce visibile, ma anche delle onde radio e dei raggi X. “Invece di immagini fisse, in realtà vuoi realizzare un film dell’universo in quante più lunghezze d’onda possibili”, afferma Samaya Nissanki dell’Università di Amsterdam.

La radio lampeggia velocemente

E può sempre diventare più folle. Prendi “Flash radio veloci” (Lampi radio veloci), che dura in media solo un millesimo di secondo. In quel piccolo batter d’occhio viene prodotta tanta energia quanto i raggi del sole in pochi giorni. Data la loro durata estremamente breve, il rilevamento di un FRB (nel 2007) è una sorta di miracolo, e non sorprende che la sua vera natura non sia ancora definita con precisione. Per trovarli, un radiotelescopio non deve solo osservare un’ampia porzione di cielo, ma anche essere in grado di registrare cambiamenti molto rapidi, afferma Jason Hessels, ricercatore flash con sede ad Amsterdam, affiliato all’Astron Radio Astronomy Institute.

La ricerca sui lampi radio veloci è ancora agli inizi. Molto probabilmente si tratta di esplosioni su stelle di neutroni molto piccole con campi magnetici molto forti, di solito in galassie distanti decine o centinaia di milioni di anni luce. Idealmente, vorreste vedere contemporaneamente anche la luce visibile di questa radio, che fornirebbe più informazioni contemporaneamente sull’origine. Finora questo non ha mai funzionato, ma secondo Hessels in futuro la situazione potrebbe cambiare. “Se funziona, possiamo testare meglio i nostri modelli e avere un’idea molto migliore di cosa sta esplodendo esattamente.”

Per alcuni altri fenomeni estremi nell’universo – come nel caso dei lampi di raggi gamma menzionati in precedenza – è già stato possibile trovare una simile controparte ottica. È successo, ad esempio, il 17 agosto 2017, quando sensibili rilevatori (due negli Stati Uniti e uno in Italia) hanno rilevato minuscole vibrazioni nello spazio vuoto. Dalle misurazioni dei tre strumenti gli astronomi dedussero la direzione approssimativa di provenienza di quelle onde gravitazionali, e in breve tempo decine di telescopi in tutto il mondo furono puntati sulla relativa parte del cielo stellato. “Si è scoperto che si trattava di una collisione di due stelle di neutroni e ora è stata osservata a tutte le lunghezze d’onda possibili”, afferma Nisanki. Ogni strumento ha fornito un pezzo del puzzle.

Rispondere rapidamente è essenziale. Ed è esattamente ciò che fa il progetto BlackGem di Paul Groot. Una volta che i rilevatori di onde gravitazionali rilevano un’altra increspatura nell’universo, i tre telescopi puntano automaticamente la regione sospetta del cielo e iniziano a scattare foto. E anche se il terzo telescopio presenta ancora qualche problema tecnico, Groot e i suoi colleghi sono pronti.

Il prototipo dei telescopi BlackGem, chiamato MeerLicht, è attivo da diversi anni presso un osservatorio in Sud Africa. Dopo alcuni ritardi dovuti alla pandemia di Corona, lo scorso anno è stata completata la costruzione del triplo telescopio in Cile; Le prime osservazioni sono state fatte ad aprile. Il consorzio olandese-fiammingo BlackGem vuole espandere in futuro l’osservatorio fino a includere forse quindici telescopi identici. “Prevedo che entro dieci anni ci saranno anche rilevatori di grandi dimensioni, paragonabili ai chip più piccoli che si trovano oggi nelle fotocamere consumer, che potranno leggere ogni pixel in un tempo molto breve”, afferma Grote. Allora possiamo anche Transitori Studia su intervalli di tempo inferiori a un secondo.

Nella maggior parte dei casi, quando non ci sono avvisi di onde gravitazionali, i telescopi BlackGem scattano immagini continue del cielo stellato. Circa tre mesi dopo, gran parte del cielo sopra l’Osservatorio di La Silla è stata catturata tre volte a notte, e tutto è ricominciato. Il confronto delle immagini della stessa regione può anche rivelare molti cambiamenti, come le prime fasi delle esplosioni di supernova, le collisioni di stelle massicce e Eventi di disturbo delle mareeDove le stelle vengono inghiottite dai buchi neri. “Non molto tempo fa, tali fenomeni sono stati scoperti per caso”, dice Nisanky. “Ora stiamo lavorando in modo più sistematico.”

Foto tre volte a notte

BlackGem non è l’unico strumento che effettua tali sondaggi. I due telescopi PanStarrs sul vulcano Haleakala alle Hawaii stanno facendo lo stesso, così come lo Zwicky Transit Facility in California. Ma si trovano nell’emisfero settentrionale, dice Grote, e non possono vedere gran parte del cielo meridionale. “Siamo anche più veloci: fotografiamo una parte specifica del cielo tre volte a notte, in tre colori.” Nissanki ha grandi aspettative su di lui. “BlackGem è davvero un progetto molto entusiasmante.”

Ma Dominio del tempo dell’astronomiaQuesta nuova direzione dell’astronomia giungerà a maturazione solo con la messa in funzione, sempre nel nord del Cile, alla fine del prossimo anno, dell’Osservatorio Vera Rubín, sulla vetta del Cerro Pachón, a 2.700 metri. Lì è in costruzione un telescopio gigante con uno specchio di 8,4 metri. Il telescopio sarà dotato della più grande fotocamera digitale mai costruita, con una risoluzione di 3,2 miliardi di pixel e un campo visivo fino a quaranta lune piene. Scansionerà l’intero cielo stellato due volte a settimana e ogni notte restituirà circa 15 terabyte di dati grezzi, quasi mille volte l’intero contenuto testuale di Wikipedia.

“Sebbene non possiamo eguagliare la sensibilità dell’Osservatorio Vera Rubin, strumenti come Zwicky Transient Facility e BlackGem continuano a svolgere un ruolo importante”, afferma Grote. “Soprattutto per i cambiamenti nel cielo stellato su scale temporali molto brevi.” Non c’è dubbio che il nuovo telescopio rivoluzionerà l’astronomia. Nessuno osa prevedere le sorprendenti scoperte che farà, ma chi studia l’universo in un modo completamente nuovo non rimarrà mai deluso. Questa è un’area completamente inesplorata.