A che cosa serve la radioastronomia?

Non c’è da stupirsi che molte persone associno i radiotelescopi alla ricerca della vita nell’Universo. Alcuni film di fantascienza, in particolare Contact, hanno sicuramente contribuito a influenzare in questo senso l’immaginario collettivo.
Non del tutto a torto, peraltro: i radiotelescopi sono utilizzati anche nell’ambito dell’astrobiologia la vasta branca interdisciplinare che si occupa di valutare quanto l’Universo sia un luogo “ospitale” per la vita – e, magari, dove sia più plausibile andare a cercarla.
Certo, la descrizione di queste grandi antenne che viene fornita sul grande schermo, e di come gli astronomi le impieghino per studiare i corpi celesti, è spesso ingannevole. Per esempio, abbondano espressioni giornalistiche come “ascoltare l’Universo” oppure “origliare i sussurri provenienti dal cosmo”, che se da un lato hanno l’intenzione di rimarcare che i radiotelescopi non sono sensibili alla luce visibile, dall’altro suggeriscono l’idea che essi ricevano suoni dallo spazio (cosa impossibile, poiché nel vuoto siderale il suono non si può propagare).

Nel video, la TED conference di Jill Tarter, l’astronoma americana il cui lavoro ha ispirato Contact, il romanzo di Carl Sagan da cui è tratto l’omonimo film con Jodie Foster:

Di cosa si occupa la radioastronomia?
L’astrofisica moderna si fonda sullo studio del cielo in tutte le bande dello spettro elettromagnetico, tra le quali solo la cosiddetta “finestra visibile” corrisponde a frequenze osservabili con i nostri occhi o con i classici telescopi ottici.
La radioastronomia è il settore dedicato all’indagine dell’Universo tramite la sua osservazione nelle onde radio, che sono onde elettromagnetiche a bassa frequenza e bassa energia emesse da numerosi corpi celesti spesso non osservabili in altre bande spettrali. I dati ottenuti dai radiotelescopi consentono di ottenere informazioni sulla morfologia, la composizione chimica, la dinamica e l’evoluzione di una vasta categoria di oggetti.
Ad esempio, la radioastronomia studia:

  • il campo magnetico presente nel cosmo, sia diffuso nella materia interstellare e intergalattica, che associato a corpi celesti ben determinati. In particolare, nelle onde radio è possibile studiare l’attività magnetica della fotosfera solare e le magnetosfere dei pianeti, e si possono osservare i resti di Supernovae anche a distanza di moltissimi secoli dalla loro esplosione;
  • le regioni del cosmo dalle quali, per via delle polveri che si frappongono, la luce visibile non può arrivare (ad esempio il centro della nostra Galassia). Alcune di queste regioni sono le culle in cui avviene la formazione stellare: le onde radio possono rivelarne la presenza e permettono di ricavare preziose informazioni sulla composizione chimica delle protostelle e sulle modalità della loro formazione;
  • la distribuzione dell’idrogeno neutro, che costituisce i 75% della materia ordinaria che compone l’Universo e fornisce informazioni preziose sulla struttura, sul moto e sulla massa delle galassie. Grazie all’emissione radio dell’idrogeno neutro è anche possibile studiare come avvengono le interazioni gravitazionali tra galassie vicine tra loro;
  • i buchi neri che si trovano al centro della maggior parte delle galassie e si pensa siano legati ai processi di formazione ed evoluzione delle galassie che li ospitano. Per loro natura, i buchi neri non possono essere osservati direttamente, ma possono essere studiati analizzando la radiazione  emessa anche nella banda radio dalla materia (stelle e nubi interstellari) circostante mentre viene attratta dalla loro gigantesca forza gravitazionale;
  • la radiazione cosmica di fondo – il segnale residuo del Big Bang – che porta informazioni sulla nascita dell’Universo, un’epoca ben precedente alla comparsa delle prime stelle. Misure precise della radiazione cosmica di fondo sono essenziali per comprendere come si sono formate le galassie e le strutture cosmiche su grande scala quali gli ammassi di galassie.

Nel video INAF il racconto della scoperta di una Supernova, avvistata per la prima volta la sera del 21 gennaio scorso da un gruppo di studenti dello University College di Londra:

Come funziona un radiotelescopio?
I radiotelescopi sono antenne di grandi dimensioni (fino a 300 metri di diametro) dotate di apparecchiature sofisticate, ma che di base svolgono la stessa funzione di una banale parabola satellitare: rivolte verso l’origine delle onde radio, ricevono la radiazione e la convertono in un segnale elettrico, che poi viene inviato per le misure e le successive analisi a opportuni sistemi elettronici e calcolatori.
La necessità di costruire antenne così grandi, con soluzioni tecnologiche evolute e complesse, è dovuta all’estrema debolezza delle onde radio che ci provengono dal cosmo. Lo testimonia il Jansky (1 Jy equivale a 10-26 W/(Hz×m2)), l’unità di misura utilizzata dai radioastronomi per misurare la densità di flusso (per così dire l’intensità del segnale) di una sorgente radio: per intenderci, mentre un telefono cellulare (con 0,5 W di potenza e osservato da 1 km di distanza) produce un segnale di 1,1 x 108 Jy, gli astronomi osservano sorgenti radio la cui densità di flusso scende fino 10-6 Jy!
Allo scopo di rilevare segnali così deboli, occorre contrastare anche l’agitazione termica degli elettroni che costituiscono la strumentazione stessa: se gli elettroni si agitano, producono un segnale indesiderato talmente forte da “coprire” il segnale ricevuto dalle sorgenti celesti. Per questo motivo, alcune apparecchiature sono raffreddate con tecniche criogeniche, in grado di portarle a pochi Kelvin di temperatura.
Come spesso accade quando si crea uno scambio fruttuoso tra la ricerca di base e l’industria, le tecniche e tecnologie sviluppate per la radioastronomia trovano applicazione in numerosi ambiti commerciali: elettronica, telecomunicazioni e persino nella strumentazione medica.

Il più grande complesso di radiotelescopi al mondo si chiama ALMA ed è stato inaugurato esattamente un anno fa nel deserto di Atacama, in Cile. In questo video dell’INAF viene descritta la prima scoperta effettuata dagli scienziati utilizzando i potenti mezzi messi a disposizione da ALMA:

Dove si trovano i radiotelescopi italiani?
L’Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) gestisce numerosi osservatori e strumenti, alcuni installati all’estero. Per quanto riguarda la radioastronomia, in Italia le strutture INAF si trovano a Medicina (Bologna), Noto (Siracusa) e San Basilio (Cagliari).
Gli osservatori sono periodicamente aperti al pubblico e alle scuole; seguendo le indicazioni riportate sui rispettivi siti web si può partecipare alle visite, guidate direttamente dai ricercatori.

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