Ecco i cosiddetti “primi fringe” provenienti da 2 stazioni – ciascuna composta da 256 antenne – nella parte del telescopio SKA in fase di costruzione in Australia. I “primi fringe” per un radio telescopio come il SKA sono simili al primo contatto per un telescopio ottico. Si tratta della prima osservazione di un nuovo telescopio. Ciò che vedi in queste immagini è un segnale di pattern di interferenza, mentre 2 delle stazioni SKA-Low osservano la gigantesca galassia radio Centaurus A. Immagine tramite Osservatorio SKA.
L’Osservatorio SKA, un osservatorio radio che si estende sulla Terra, è attualmente in costruzione in due siti: uno in Sudafrica (SKA-Mid) e l’altro in Australia (SKA-Low). Il sito australiano ha connesso con successo due delle sue “stazioni” completate (ciascuna composta da 256 telescopi radio) per osservare insieme per la prima volta, come riportato dal SKAO il 17 settembre 2024. Questi cosiddetti “primi fringe” rappresentano una grande pietra miliare nella vita e nel lavoro di un radio telescopio. Sono l’equivalente del “primo contatto” per un osservatorio ottico.
1° “contatto” per il telescopio SKA
Gli astronomi radio sono entusiasti dei telescopi Array di chilometri quadrati (SKA), attualmente in costruzione in due siti, uno in Australia e uno in Sudafrica. Il sito del Sudafrica ospiterà 197 antenne a disco. Il sito australiano (SKA-Low) ha un tipo di antenna differente, progettata per lunghezze d’onda più basse. Alla fine, SKA-Low avrà un totale di 131.072 antenne, suddivise in 512 “stazioni.” Il 16 settembre 2024, il SKA-Low ha riportato le sue prime osservazioni interferometriche – una tecnica che utilizza l’interferenza delle onde radio per estrarre informazioni – tra due delle sue stazioni. Questa osservazione è ciò che il sito chiama i “primi fringe,” equivalenti al primo contatto di un telescopio ottico.
Infatti, è un evento così significativo nella vita di un radio telescopio che il direttore generale dell’Osservatorio SKA ha affermato: “Questo è il giorno in cui l’Osservatorio SKA come struttura scientifica è nato.” Le antenne SKA-Low in Australia somigliano a alberi di Natale argentati e sono progettate per lunghezze d’onda maggiori rispetto alle antenne a disco più familiari in Sudafrica. Sono raccolte in stazioni circolari che ospitano ciascuna 512 antenne. Il 17 settembre 2024, 2 di queste stazioni hanno osservato insieme, formando con successo un interferometro – un telescopio composto da più antenne collegate – per la prima volta. Immagine tramite SKAO.
Delle 6 stazioni SKA-Low visibili in questa foto aerea, 2 hanno già le loro antenne. Queste sono le 2 stazioni che hanno misurato insieme la radio galassia Centaurus A, creando così i “primi fringe” per SKA-Low e trasformandola in un interferometro funzionante. Nella sua versione finale, il SKA-Low consisterà in 256 di queste stazioni, ciascuna dotata di 512 antenne, per un totale di 131.072 antenne. La distanza massima tra di esse sarà di 74 km. Immagine tramite SKAO.
Luce o fringe, le prime immagini di un nuovo strumento
Forse sai che le onde radio – all’estremità del spettro elettromagnetico – sono più lunghe delle onde della luce visibile? Ecco perché l’astronomia radio beneficia di basi molto lunghe … lunghe distanze tra le antenne coordinate. Maggiore è la distanza tra le antenne, più chiaramente il telescopio può “vedere” in radio. E più antenne ci sono, più sensibili sono i telescopi ai segnali deboli. Sin dagli anni ’90, gli astronomi hanno immaginato e pianificato un interferometro radio estremamente grande e trasformativo, un osservatorio composto da molte e lontane antenne. Il SKA è la risposta a questa visione a lungo termine.
I telescopi radio come il SKA di solito non hanno un’immagine di “primo contatto”, come avviene per i telescopi ottici. Il concetto di “primo contatto” non è lo stesso per i telescopi radio, poiché la loro costruzione e primo utilizzo è più incrementale. Ma quando due (o più) antenne radio – o stazioni di antenne come nel caso di SKA-Low – osservano insieme per la prima volta, gli astronomi radio chiamano questo “primi fringe” anziché primo contatto. Questo nome si riferisce al segnale ondulato che varia nel tempo e nella frequenza, correlato tra le antenne del telescopio quando iniziano a osservare insieme.
Una pietra miliare del telescopio SKA
Il principale scienziato per la messa in servizio del SKA-Low ha spiegato perché gli astronomi radio sono particolarmente entusiasti di questo traguardo: “Trovare un segnale correlato forte tra le nostre prime due stazioni SKA-Low significa che lo strumento può ora funzionare come un interferometro radio. Questa è una pietra miliare incredibile, raggiunta grazie al lavoro di centinaia di persone nel corso degli anni. Molti astronomi, me compreso, sono molto entusiasti per ciò che verrà mentre questo telescopio continua a crescere.”
Ma per un osservatorio radio, non c’è solo una pietra miliare prima che l’osservatorio sia completamente pronto per l’uso. I primi fringe del SKA-Low arrivano circa sei mesi dopo l’installazione delle prime antenne presso Inyarrimanha Ilgari Bundara, l’Osservatorio radioastronomico CSIRO Murchison, nel marzo 2024. Nel mese di agosto di quest’anno, la prima immagine di una singola stazione SKA-Low è stata rilasciata, durante un’osservazione di 24 ore del cielo meridionale.
La prima immagine della stazione SKA-Low è stata una osservazione di 24 ore del cielo meridionale. Mostra la nostra galassia della Via Lattea muoversi nel cielo (mentre la Terra ruota). Le sorgenti radio annotate sono altre galassie, e durante il giorno è visibile il sole. Uno dei vantaggi della radio è che puoi osservare anche durante il giorno. Video tramite SKAO.
Nel frattempo, in Sudafrica
Il sito sudafricano a Karoo ha i propri traguardi. L’assemblaggio del primo vero disco di SKA-Mid ha avuto luogo il 4 luglio 2024. Ma il 25 gennaio 2023, l’ Osservatorio SKA ha riportato che il suo telescopio prototipo a Karoo – chiamato SKAMPI – ha raggiunto il primo contatto con un’immagine del cielo meridionale in radio.
I veri “primi fringe” di interferometria devono ancora arrivare per questa parte dell’osservatorio, a meno che tu non consideri MeerKAT, che è in funzione da molti anni e che sarà incorporato nel SKA-Mid. Puoi vedere quanto non sia facile individuare un vero momento di “primo contatto” per un osservatorio radio, con tutte le complessità che ci sono nella sua costruzione!
Un’antenna prototipo per il gigantesco array di telescopi SKA ha rilasciato questa immagine di 1° contatto. È rivolta verso il cielo meridionale nella parte di radio a 2,5 GHz dello spettro elettromagnetico. L’ovale completo (inclusa la parte grigia) è il cielo completo con il centro galattico della Via Lattea al centro. L’emissione radio a destra mostra la parte del cielo – con la nostra galassia della Via Lattea come una linea luminosa – che il telescopio può osservare dal Sudafrica. Immagine tramite il team prototipo (SKAMPI) / SKAO.
Gli array di astronomia radio ottengono una risoluzione migliore
Nell’astronomia radio, combinare molti telescopi in un array interferometrico aumenta la risoluzione. In breve, maggiore è il telescopio, migliore è la risoluzione, ma vincoli pratici rendono impossibile costruire un unico disco così grande. Attualmente, il FAST cinese è il telescopio a disco singolo più grande al mondo con 500 metri di apertura. Un array ha la risoluzione di un telescopio virtuale grande quanto la più lunga distanza tra le antenne. Nel caso del SKAO, questo si traduce in un disco da telescopio di 150 km di diametro, anziché i 15 m deidispositivi individuali.
Tre decenni di pianificazione che prendono forma
L’idea della Square Kilometre Array è stata concepita per la prima volta nei primi anni ’90. Si è evoluta in un’organizzazione intergovernativa nel 2021 – l’unica astronomica dopo l’Osservatorio Astronomico Europeo Meridionale (ESO) – e attualmente conta nove paesi membri. Nel dicembre 2022, il SKAO ha tenuto cerimonie di inaugurazione presso entrambi i suoi siti dell’osservatorio e ha iniziato la costruzione in modo concreto.
Un’immagine di primo contatto dell’intero osservatorio sarà probabilmente difficile da individuare, poiché le antenne inizieranno ad essere utilizzate man mano che vengono costruite. Ma, se il lavoro scientifico proveniente da MeerKAT, l’osservatorio precursore situato nello stesso sito, è indicativo, possiamo aspettarci studi eccezionali mentre questa struttura radio continua a crescere. A proposito, i 64 antenne MeerKAT saranno incorporate nello SKA finale, e SKAMPI sta contribuendo allo sviluppo del resto delle antenne.
Due siti con antenne di telescopi SKA diverse
Perché costruire un osservatorio così grande? Cosa ci aspettiamo che le onde radio rivelino che non possiamo osservare, ad esempio, in infrarosso con il Webb? Le 197 antenne in Sudafrica, chiamate SKA-Mid, osserveranno da 350 MHz a 15,4 GHz di frequenza. La parte australiana dell’osservatorio, SKA-Low, come suggerisce il nome, osserverà a frequenze inferiori, da 50 a 350 MHz. Insieme, avranno una grande area di raccolta, aumentando la sensibilità di 10-100 volte rispetto agli attuali osservatori. I telescopi australiani sono molto diversi nella struttura e nell’aspetto. Sono antenne dipolo che assomigliano principalmente a alberi di Natale e ce ne saranno circa 131.000, raccolte in 512 stazioni.
Obiettivi scientifici
In termini scientifici, questo si traduce nella possibilità di raggiungere fino all’epoca della reionizzazione, quando sono iniziate a formarsi stelle e galassie. Solo i telescopi radio possono misurare l’idrogeno neutro nello spazio profondo, e, grazie alla nuova abilità di misurare segnali deboli, possono rintracciare questo mattoncino della materia prima che le stelle ionizzano nel primo universo.
E ci sono molti altri obiettivi. I telescopi permetteranno di tracciare meglio l’evoluzione delle galassie, la materia oscura e come la forza dell’energia oscura sia cresciuta nel tempo. Monitoreranno le onde gravitazionali tramite l’osservazione delle fluttuazioni dell’emissione dei pulsar. Gli scienziati del SETI ascolteranno segnali deboli che indicano la vita avanzata, mentre altri scienziati esamineranno la nascita di stelle e pianeti.
Altri misteri che vogliamo scoprire (molto) di più includono i buchi neri e gli impulsi radio rapidi, senza dimenticare l’astronomia “locale” dove, ad esempio, i telescopi tracciano il gas di idrogeno neutro nella nostra stessa galassia. C’è molto altro da scoprire anche a casa! Ma forse le scoperte più entusiasmanti che ci aspettano sono quelle di cui non abbiamo ancora conoscenza. Possono aspettarsi, perché per ogni nuovo strumento che entra in uso ci sono state sorprese.
In sintesi: il SKA-Low, la parte australiana dei due telescopi SKA che compongono l’Osservatorio SKA, ha misurato con successo un segnale correlato utilizzando due delle sue stazioni. Gli astronomi radio chiamano tale misurazione “primi fringe” ed è una pietra miliare nella costruzione del nuovo osservatorio radio.
Fonte SKAO