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La curiosità del mese

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Un LOFT in orbita per studiare i buchi neri

La curiosità del mese di aprile 2011 a cura di Tomaso Belloni


Fig. 1 - Immagine artistica del satellite SOFT - Crediti: LOFT team, IASF/INAF Rome, Thales Alenia Space Italia, ESA-NASA.
Fig. 1 - Immagine artistica del satellite SOFT - Crediti: LOFT team, IASF/INAF Rome, Thales Alenia Space Italia, ESA-NASA.

A fine febbraio 2011 l’Agenzia Spaziale Europea (ESA) ha reso noti i risultati della selezione per la scelta di quattro missioni spaziali di classe media.
Le quattro missioni scelte competeranno per la selezione finale in cui soltanto una verrà portata avanti e lanciata (dopo il 2020).

Fig. 2 - Immagine artistica: un buco nero che divora materia da una stella compagna e in basso a destra una stella di neutroni.
Fig. 2 - Immagine artistica: un buco nero che divora materia da una stella compagna e in basso a destra una stella di neutroni.

Diverse decine di proposte sono state vagliate per arrivare alla selezione dei quattro finalisti, che passano ora a una fase di valutazione dopo la quale la decisione finale verrà presa dall’agenzia spaziale europea.
Sebbene altre due di queste missioni vedano una partecipazione italiana, una in particolare può essere considerata un successo per il nostro paese.
Si tratta di LOFT (Large Observatory For x-ray Timing, Grande Osservatorio per l’analisi temporale di raggi X).
Il progetto, una collaborazione internazionale che raggruppa diversi paesi sia europei che non, è guidato da ricercatori dell’Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF): Marco Feroci dell’INAF-IASF di Roma e Luigi Stella dell’INAF-Osservatorio Astronomico di Roma.
LOFT è pensato per rispondere alle domande fondamentali sul moto della materia nelle immediate vicinanze dei buchi neri e sulla struttura interna delle stelle di neutroni (vedi le curiosità: ottobre 2008 - dicembre 2008 - febbraio 2009 - febbraio 2010 - aprile 2010 - ottobre 2010 - febbraio 2011).
Come dice il nome, questi risultati saranno ottenuti attraverso l’analisi della variabilità rapida nell’emissione di raggi X di questi oggetti.
Con LOFT sarà possibile seguire il moto della materia in orbita a pochi chilometri dall’orizzonte degli eventi di un buco nero o dalla superficie di una stella di neutroni, dove il gas può arrivare a girare più di 1000 volte al secondo intorno all’oggetto centrale.
Inoltre, tramite lo studio di fenomeni che si verificano sulla superficie delle stelle di neutroni si potrà sondare la loro struttura interna, che data la alta densità non può essere riprodotta in laboratorio sulla terra.

Come funziona questo satellite?
Lo strumento principale è il LAD (Large Area Detector, rivelatore di grande area).
Come suggerito dal nome, si tratta di un rivelatore molto esteso, costituito da tasselli di strumenti a semicondutture per la rivelazione di raggi X.

Fig. 4 - Immagine di un Silicon Drift Detectors (SDD), rivelatori di radiazione X di nuova generazione che andranno ad equipaggiare SOFT.
Fig. 4 - Immagine di un Silicon Drift Detectors (SDD), rivelatori di radiazione X di nuova generazione che andranno ad equipaggiare SOFT.
Fig. 3 - Disegno struttura del satellite SOFT. Crediti: SOFT.
Fig. 3 - Disegno struttura del satellite SOFT. Crediti: SOFT.

Lo strumento è così grande che si estenderè ben al di fuori del corpo centrale del satellite, in una formazione a fiore.
Per fare sì che solo i raggi X dell’oggetto puntato entrino nel rivelatore, davanti è messa una "griglia" che limita il campo di vista.
La tecnologia moderna permette di costruire sia rivelatori che griglia molto sottili e leggeri, caratteristiche essenziali per ovvi limiti di peso dato che si tratta di uno strumento da mandare in orbita.
Oltre al LAD, ci sarà uno strumento più piccolo, costruito sulla base della stessa tecnologia, che scruterà una porzione estesa del cielo per rivelare eventi e sorgenti da osservare con lo strumento principale.
LOFT porterà una rivoluzione nella nostra conoscenza di questi fenomeni estremi collegati a oggetti compatti (buchi neri e stelle di neutroni).
Alla base sta il fatto che lo strumento LAD è molto grande: con un’area di 12 metri quadrati (equivalente a un quadrato di 3.5 metri di lato) è un enorme passo in avanti rispetto allo strumento pi  grande attualmente esistente, che misura meno di un metro quadrato.
Con un’area di raccolta più di dieci volte più grande si riveleranno più di dieci volte più fotoni X e si potrà studiare la loro variabilità in modo molto più dettagliato.
Non soltanto la missione LOFT è a guida italiana, ma anche gli strumenti a bordo sono basati su rivelatori di nuova generazione sviluppati in Italia presso l’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN). Un risultato per due istituti nazionali di ricerca italiani.

Per saperne di più

The LOFT Mission - Sito ufficiale della missione (in inglese)
L’ESA sceglie la Classe Media (da MEDIA INAF del 25 febbraio 2011 - Notiziario on-line di INAF)
Four candidates selected for the next medium-class mission in ESA’s Cosmic Vision (da ESA Science & Technology - in inglese)
Raggi X senza segreti (da MEDIA INAF del 22 marzo 2011 - Notiziario on-line di INAF)

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