XMM

Lunar eclipse
Eclisse di Luna
25 Gennaio 2001

Qualche settimana fa abbiamo assistito a un'eclisse di Luna. Per una sera il cielo è tornato a essere uno degli spettacoli più suggestivi della Natura. Ma quanto dobbiamo aspettare per vedere la prossima eclissi di Luna?

Le eclissi di Luna sono fenomeni piuttosto frequenti. La prossima sarà proprio nel corso di questo stesso anno: sarà un'eclissi parziale di Luna visibile solo dall'emisfero sud del nostro pianeta. Invece, una suggestiva eclissi totale di Luna ci aspetta per il 16 maggio del 2003, quando in piena notte la Luna sarà nascosta dall'ombra della Terra per poi tramontare all'orizzonte circa un'ora più tardi.

Ma l'eclissi di Luna è solo uno dei tanti spettacoli straordinari che si possono osservare nell'universo. Certo, non tutti hanno la dolcezza e la poesia del lento scivolare nell'ombra del nostro satellite. Esistono invece fenomeni molto più inquietanti, come le supernove, cioè delle grandi esplosioni stellari, oppure i buchi neri. Fenomeni che la scienza di oggi non studia più soltanto con gli occhi o con i telescopi tradizionali, ma anche guardando il cielo con strumenti diversi, usando per esempio quelli che si chiamano raggi X, noti al grande pubblico per le loro applicazioni in radiologia.

Che cosa sono i raggi X

Nonostante il loro nome misterioso, i raggi X sono semplicemente un tipo di radiazione elettromagnetica, come la luce bianca o colorata che vediamo ogni giorno. Anche le microonde sono una forma di luce, la cui applicazione più nota, probabilmente, è il forno a microonde. E lo stesso vale per la luce ultravioletta, grazie alla quale ci abbronziamo, o per le onde radio, che permettono le trasmissioni di segnali via …. radio, appunto.

L’unica differenza tra questi tipi di luce è la quantità di energia a loro associata: i raggi X sono centinaia, migliaia di volte più energetici della luce visibile, tanto che se i raggi X emessi dal Sole arrivassero sulla superficie terrestre finirebbero per uccidere le nostre cellule, bruciandole. Per nostra fortuna l’atmosfera è un ottimo scudo: ma questo significa anche che se gli astronomi vogliono raccogliere i raggi X emessi dai corpi celesti devono utilizzare strumenti che si trovano oltre l’atmosfera: hanno bisogno, cioè, di un telescopio spaziale.

Il satellite XMM-Newton

Il telescopio spaziale europeo per l’osservazione del cielo a raggi X è XMM-Newton, lanciato nel dicembre ’99 e che ha quindi compiuto da poco un anno nello spazio. Quali sono le sue caratteristiche fondamentali?

XMM-Newton è il più grande fra i satelliti scientifici europei ed è piuttosto originale, a iniziare dagli specchi, molto diversi da quelli dei telescopi tradizionali, che sono a forma parabolica e che vengono disposti perpendicolarmente alla direzione di arrivo della luce. I 3 specchi di XMM-Newton, per la cui produzione si utilizza una tecnica messa a punto dalla Media Lario di Como, ricordano dei barili cilindrici alti circa 60 cm, ognuno dei quali è costituito da 58 cilindri concentrici (diametro interno di 30 cm e diametro esterno 70 cm) annidati uno nell'altro come tante matrioske e formati da sottilissimo strato d'oro depositato su uno strato di nickel. Gli specchi sono tanto levigati da presentare imperfezioni non più grandi delle dimensioni di qualche atomo in fila.

I raggi X incidono sugli specchi quasi parallelamente alla loro superficie e vengono leggermente deviati dal loro cammino e messi a fuoco sugli strumenti di raccolta. Grazie a questi particolarissimi “occhi”, XMM-Newton è in grado di vedere il cielo a raggi X e di prenderne immagini. XMM-Newton è in grado anche di distinguere i raggi X a seconda della loro energia, funzionando come “spettroscopio”, in modo simile a un prisma che scompone la luce bianca nei vari colori che la compongono. In questo modo le visioni del il cielo a raggi X di XMM–Newton non hanno precedenti nella storia dell’astronomia.

Ma che cosa vede XMM-Newton?

“Vedere” significa raccogliere la luce emessa o riflessa da un corpo. Per esempio, noi vediamo gli oggetti che ci circonda perché riflettono la luce emessa da una sorgente, per esempio, una lampada accesa oppure il Sole. Per i raggi X vale la stessa cosa: possiamo "vedere" qualcosa nei raggi X solo se raccogliamo qualcuno dei raggi X che vengono riflessi oppure emessi da quella cosa. Nel caso dei corpi celesti, in genere raggi X vengono emessi dal gas molto caldo, che si trova a una temperatura di 1-100 milioni di gradi. In queste condizioni gli atomi perdono gran parte dei loro elettroni e il gas è composto da un miscuglio di particelle elettricamente cariche: elettroni, ioni positivi ecc. Per confronto, teniamo conto che le stelle che osserviamo in cielo con i nostri occhi hanno una temperatura di qualche migliaio di gradi, come il Sole.

Ma dove si trova gas a una temperatura di 1 milione, 100 milioni di gradi?

The Tycho supernova
La supernova Tycho

Ed sono proprio queste le sorgenti che si vedono nel cielo a raggi X.: il cielo di XMM-Newton è profondamente diverso da quello che ci appare tutte le notti, così come la fotografia di una persona è diversa dalla sua radiografia. Per esempio alcune sorgenti che siano abituati a vedere splendere in cielo sono praticamente invisibili a raggi X. Per esempio la Luna, che è di gran lunga l’oggetto più luminoso del cielo, a raggi X non è che un corpo fra i tanti. Vale anche il contrario: oggetti di solito invisibili, visti a raggi X appaiono molto luminosi. Per esempio i resti di supernova.

Spieghiamo ai nostri telespettatori: che cosa è una supernova?

Una supernova è un’esplosione che segna la morte di una stella grande almeno 10 volte più del Sole o ancora più grande. Oppure un’esplosione che accompagna la morte di due stelle molte vicine fra loro, che formano quello che si chiama sistema binario. In queste esplosioni, la materia che forma le stelle viene proiettata con forza nello spazio e vengono prodotte grandi quantità di ossigeno, di neon, di argon, di calcio e persino di ferro. Questi elementi vengono poi intrappolati, insieme a idrogeno ed elio, per formare altre stelle o pianeti. Il ferro quello che tocchiamo tutti i giorni, l’ossigeno che respiriamo viene proprio da queste stelle. XMM-Newton è in grado di misurare la quantità di questi elementi nel gas espulso da una supernova, per capire come funzionano il meccanismo dell’esplosione, la formazione di questi elementi.

Quali risultati sono stati ottenuti finora?

Grazie agli specchi ma anche all’orbita molto ellittica, che consente al telescopio di usare per ricerca scientifica circa l’80% del tempo impiegato per ogni singola ogni orbita, dopo soli 6 mesi dall’inizio delle osservazioni sono già stati raccolti una grande quantità di dati, che hanno fornito materiale per già circa 60 articoli scientifici in corso di pubblicazione.

E questo non è che l’inizio.

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