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Ci hanno risposto

Radioastronomia
 
 


APPUNTI DI RADIOASTRONOMIA
a cura di Giovanni Lorusso IK0ELN
IARA Group, SAIt, SdR Radioastronomia UAI



 
Una pulsar, nome che stava originariamente per sorgente radio pulsante, è una stella di neutroni, nome derivante dal fatto che contiene 20 volte più neutroni che protoni. Nelle prime fasi della sua formazione, in cui ruota molto velocemente, la sua radiazione elettromagnetica in coni ristretti è osservata come impulsi emessi ad intervalli estremamente regolari. Nel caso di pulsar ordinarie, la loro massa è pari a quella del Sole, ma è compressa in un raggio di una decina di chilometri, quindi la loro densità è enorme. Il fascio di onde radio emesso dalla stella è causato dall'azione combinata del campo magnetico e della rotazione. Le pulsar si formano quando una stella esplode come supernova II, mentre le sue regioni interne collassano in una stella di neutroni congelando ed ingigantendo il campo magnetico originario. La velocità di rotazione alla superficie di una pulsar è variabile e dipende dal numero di rotazioni a secondo sul proprio asse e dal suo raggio. Nel caso di pulsar con emissioni a frequenze del kHz la velocità superficiale può arrivare ad essere una frazione significativa della velocità della luce, a velocità di 70.000 km/s.



CI HANNO RISPOSTO?
 
E’ la domanda che si pose Jocelyn Bell (Fig.1) giovane ricercatrice britannica, quando scoprì un piccolo segnale che si ripeteva ogni 1,3 secondi. Un intervallo troppo corto e regolare per provenire da un Quasar (un Quasar è un nucleo galattico attivo estremamente luminoso e generalmente molto distante dalla Terra). Ed allora se questa radiosorgente non proveniva da un Quasar, che cosa era? A questo punto, per evitare un guazzabuglio di supposizione, i ricercatori trovarono il capo della matassa. Partiamo dall’inizio. Jocelyn Bell era incaricata di verificare ogni quattro giorni 120 metri di carta dove venivano registrati i dati. E una mattina, nel corso della verifica, scoprì una radio sorgente pulsante di appena 1,3 secondi. Il suo primo pensiero fu: … un segnale alieno! … Forse ci hanno risposto! Immediatamente allertò il suo gruppo di lavoro, il quale, dopo aver esaminato lo strano segnale, gli diede l’appellativo di Little Green Men (piccoli omini verdi) probabilmente convinti che il segnale fosse emesso da una civiltà extraterrestre intenta a contattare la Terra. Ma tali pensieri fantascientifici si dissiparono quando i rdioastronomi di tutto il mondo esaminarono la radiosorgente. Il risultato fu: … non si tratta di segnali alieni, ma di stelle di neutroni in rapida rotazione. Così che la Comunità Scientifica Internazionale le diede l’identificazione di PULSAR, ovvero Pulsating Radio Sources; cioè Sorgenti Radio Pulsanti (le Radio Pulsar sono oggetti celesti diversi rispetto alle stelle comuni. Tutta la loro materia, alla pari di quanta ne contiene il Sole, è confinata entro un raggio di appena una decina di chilometri; ed è principalmente composta da neutroni. Ruotano a velocità elevatissima emettendo onde radio in due fasci grosso modo conici; per cui ne deriva una sorta di effetto faro. Infatti un radiotelescopio posto a Terra riceve un impulso di onde radio soltanto quando i fasci conici sono diretti verso l’antenna; e cioè: una o due volte per ogni rotazione della Pulsar. Pertanto il segnale di una Stella Pulsar è percepito come una sequenza regolare di impulsi radio – Fig.2). Quindi per chi sognava “Incontri ravvicinati del terzo tipo”, dovette rassegnarsi! Tuttavia, quella di Jocelyn Bell fu una scoperta straordinaria, tanto che i risultati delle osservazioni del gruppo di ricerca di Cambridge, nel 1968 furono pubblicati in prima pagina dalla rivista Nature, riportando a tutta pagina l’articolo “Osservazioni in banda radio di un segnale che pulsa rapidamente” di cui il Prof. Antony Hewish, ritenuto lo scopritore e Jocelyn Bell la seconda autrice. Così Antony Hewisch un radioastronomo britannico, divenne il vincitore del Premio Nobel per la fisica nel 1974 per il suo contributo allo sviluppo della radioastronomia e per il suo ruolo nella scoperta delle Pulsar. Durante il suo discorso tenuto in occasione del ritiro del Premio Nobel, il Prof. Hewisch rivolse poche parole di ringraziamento a Jocelyn Bell, riferite soltanto al compito da lei svolto. Ma la Bell continuò imperterrita la sua carriera di astrofisica, occupando posti di prestigio, quali la presidenza della Reale Società Astronomica Britannica; della Reale Società di Edimburgo e la direzione dell’Istituto di Fisica di Cambrige; e nel 2007 fu nominata Dama della Regina di Inghilterra. Adesso ripercorriamo insieme la sua brillante carriera: Jocelyn Bell nacque il 15 Luglio 1943 a Belfast, Irlanda. Nel 1965 si laureò in Fisica presso l’Università di Glasgow e frequentò il dottorato di ricerca all’Università di Cambrige; la dove ebbe come relatore della tesi il Prof. Antony Hewish. Nel corso dei primi due anni di lavoro per la preparazione della tesi la Bell entrò a far parte di un gruppo di ricercatori diretto dal Prof. Hewisch, con l’obiettivo di costruire un radiotelescopio per l’osservazione dei Quasar in banda radio. Cosa che avvenne nel 1967, quando il radiotelescopio Mullard Radio Astronomy Observatory cominciò ad operare (il Mullard Radio Astronomy Observatory nacque a pochi Km a ovest di Cambridge, in Inghilterra. Trattasi di un osservatorio radioastronomico, formato da un complesso di radiotelescopi, L’osservatorio, la cui costruzione fu realizzata dall'astronomo Martin Ryle, fu inaugurato il 25 luglio 1957; e si dedica principalmente alla ricerca di Quasar e di Stelle Pulsar – Fig.3). Però ad inaugurare il progetto non fu un Quasar, ma una stella di neutroni (Fig.4) chiamata poi PULSAR.

      

Occorre dire che questi corpi celesti, distanti dalla Terra milioni di anni luce, sono ancora oggetti di studio da parte della Comunità Scientifica Internazionale. Da dove veniamo? Dove stiamo andando? Siamo soli nello spazio? Domande di grande interesse per gli astronomi professionisti, ma rivestono un profondo significato anche per ogni singola persona che abiti il pianeta Terra. Stesse domande che più volte si pose il grande maestro della radio S.E. Guglielmo Marconi osservando il cielo. Pochi sanno infatti che Marconi, a notte inoltrata, spegneva le luci di bordo della nave laboratorio Elettra e si distendeva su un’amaca per ammirare le meraviglie del cielo (Fig.5) ammirando estasiato il firmamento, mentre le onde del mare cullavano dolcemente il panfilo Elettra.
 
Dott. Giovanni Lorusso (IK0ELN)
VLBI. La Very Long Baseline Interferometry (VLBI) (Interferometria a Base Molto Ampia) è una tecnica di interferometria astronomica utilizzata in radioastronomia. In VLBI un segnale emesso da una radiosorgente, quale un quasar, viene raccolto da più radiotelescopi dislocati sulla Terra. Viene quindi calcolata la distanza tra i radiotelescopi del sistema rilevando la differenza di tempo del segnale sorgente in arrivo ai diversi telescopi. Questo consente di effettuare l'osservazione di un oggetto tramite molti radiotelescopi la cui risultante è una combinata simultanea, emulando così un telescopio di dimensioni pari alla massima distanza tra i telescopi del sistema. I dati ricevuti da ogni antenna del sistema includono i tempi di arrivo sincronizzati con un orologio atomico locale, come un maser all'idrogeno. In un secondo momento, i dati sono combinati con quelli provenienti dalle altre antenne che hanno registrato lo stesso segnale radio, producendo l'immagine risultante. La risoluzione ottenibile utilizzando la tecnica interferometrica è proporzionale alla frequenza di osservazione. La tecnica VLBI consente una distanza tra i telescopi molto maggiore di quella possibile con l'interferometria convenzionale, che richiede che le antenne siano fisicamente collegate tramite cavo coassiale, guida d'onda, fibra ottica o altro tipo di trasmissione cablata. L'incremento della distanza tra i telescopi è possibile nella VLBI grazie allo sviluppo della tecnica di imaging chiamata closure phase, sviluppata da Roger Jennison negli anni 1950, che consente al sistema VLBI di produrre immagini con una risoluzione ben superiore. La VLBI è sfruttata maggiormente per l'imaging di radiosorgenti cosmiche lontane, il monitoraggio di veicoli spaziali e per applicazioni in astrometria. Inoltre, poiché la tecnica VLBI misura le differenze di tempo tra l'arrivo delle onde radio sorgenti alle varie antenne del sistema, può essere utilizzata anche al contrario per eseguire studi sulla rotazione terrestre, precise mappature millimetriche dei movimenti delle placche tettoniche ed altri tipi di studi geodetici. Tale tecnica richiede una notevole mole di misurazioni di differenze temporali per un segnale in entrata da una sorgente a notevole distanza (come un quasar) studiato per un certo periodo di tempo da una rete mondiale di antenne.
 
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