L’osservazione dei corpi celesti è da sempre una delle attività più affascinanti e misteriose dell’essere umano. La luce che ci raggiunge dalle stelle è composta da un’ampia gamma di frequenze, che vanno dall’infrarosso ai raggi gamma. Per catturare queste diverse bande di luce, sono necessari strumenti di rilevamento specifici. Tra questi, i raggi gamma rappresentano una delle sfide più ardue, in quanto la loro brevissima lunghezza d’onda non interagisce con la materia allo stesso modo delle altre forme di luce, rendendo impossibile la loro deviazione con lenti o la rilevazione tramite sensori standard. Di conseguenza, esiste una lacuna nella nostra capacità di rilevare la luce proveniente da oggetti stellari affascinanti come le supernove e i loro resti.
Un approccio innovativo utilizzando pellicole fotografiche
Per risolvere questo problema, l’astrofisico dell’Università di Kobe, Aoki Shigeki, e il suo team hanno deciso di utilizzare il primo materiale impiegato per rilevare la radioattività: le pellicole fotografiche. “Il nostro gruppo si è concentrato sulla straordinaria capacità delle pellicole emulsionate di tracciare i raggi gamma con alta precisione e ha proposto che potessero diventare un eccellente telescopio per raggi gamma introducendo diverse moderne tecnologie di acquisizione e analisi dei dati”, spiega Aoki.
Basandosi sull’alta sensibilità di queste pellicole e su un nuovo processo automatizzato e ad alta velocità per estrarre i dati da esse, l’idea dei fisici era di impilare alcune pellicole per catturare accuratamente la traiettoria delle particelle prodotte dall’impatto dei raggi gamma, proprio come un singolo pancake può catturare il punto in cui si infila una cannuccia, ma serve un intero stack per registrare la direzione della cannuccia.
Riduzione delle interferenze atmosferiche
Per ridurre le interferenze atmosferiche, hanno poi montato lo stack di pellicole su un pallone sonda per sollevarlo ad un’altezza compresa tra i 35 e i 40 chilometri. Tuttavia, poiché un pallone oscilla e si torce nel vento, la direzione del “telescopio” non è stabile, quindi hanno aggiunto un set di telecamere per registrare l’orientamento della gondola rispetto alle stelle in qualsiasi momento.
Ma ciò ha creato un altro problema, poiché chiunque abbia mai scattato una fotografia con una lunga esposizione sa che la pellicola fotografica non registra il passaggio del tempo e quindi non è direttamente possibile sapere in quale momento si è verificato un determinato impatto di raggi gamma. Per superare questo problema, hanno fatto muovere i tre strati inferiori di pellicola avanti e indietro a velocità regolari ma diverse, proprio come le lancette di un orologio. Dalla dislocazione relativa delle tracce in quelle piastre inferiori, hanno quindi potuto calcolare il tempo preciso dell’impatto e quindi correlarlo con le riprese delle telecamere.
Immagini rivoluzionarie del pulsar Vela
Ora hanno pubblicato la prima immagine risultante da questa configurazione sulla rivista The Astrophysical Journal. Si tratta dell’immagine più accurata mai prodotta del pulsar Vela, una stella di neutroni in rapida rotazione che proietta un fascio di raggi gamma nel cielo come un faro nella notte. “Abbiamo catturato un totale di diversi trilioni di tracce con un’accuratezza di 1/10.000 millimetri. Aggiungendo informazioni temporali e combinandole con informazioni di monitoraggio dell’atteggiamento, siamo stati in grado di determinare ‘quando’ e ‘dove’ si sono originati gli eventi con tale precisione che la risoluzione risultante era più di 40 volte superiore a quella dei telescopi per raggi gamma convenzionali”, riassume Aoki i risultati del suo gruppo.
Una tecnica che apre nuove possibilità
Sebbene questi risultati siano già impressionanti, la nuova tecnica apre la possibilità di catturare più dettagli in questa banda di frequenza della luce che mai prima d’ora. Il ricercatore dell’Università di Kobe spiega: “Attraverso esperimenti scientifici con palloni sonda, possiamo tentare di contribuire a molte aree dell’astrofisica e, in particolare, aprire la telescopia per raggi gamma all’astronomia ‘multi-messaggero’, dove sono richieste misurazioni simultanee dello stesso evento catturato attraverso diverse tecniche. Basandoci sul successo dell’esperimento con pallone del 2018 da cui sono stati generati i dati, espanderemo l’area e il tempo di osservazione nei prossimi voli con pallone e attendiamo con impazienza scoperte scientifiche nel campo dell’astronomia per raggi gamma.”
Questo lavoro è stato supportato dai grant JSPS KAKENHI 17H06132, 18H01228 e 18K13562. È stato condotto in collaborazione con ricercatori dell’Università di Scienze di Okayama, dell’Università di Educazione di Aichi, dell’Università di Nagoya e dell’Università di Gifu.
