lunedì 23 dicembre 2013

Dalle stelle alle leggi di gravità, le sfide di Gaia

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Il nuovo satellite astrometrico dell'Agenzia Spaziale Europea costruirà una nuova mappa 3D della Galassia con un'accuratezza senza precedenti. Un'impresa scientifica e tecnologia di primo piano, a grande partecipazione italiana

Lanciata con successo alle 10:12 di giovedì mattina dalla base di Kourou nella Guyana francese, Gaia sta attraversando le fasi iniziali della missione. Prima di avviare le osservazioni, il nuovo satellite europeo dedicato all'astrometria dovrà infatti raggiungere la sua orbita, a circa un milione e mezzo di chilometri dalla Terra. Gaia effettuerà il più grande censimento stellare mai realizzato finora, producendo un catalogo che ci aiuterà a capire la storia e l'evoluzione della nostra Galassia. Ma i risultati scientifici della missione permetteranno di studiare anche altre problematiche di grande interesse, dalla verifica delle leggi della gravità fino alla scoperta di nuovi pianeti. E se non bastasse, Gaia rappresenta una sfida tecnologica senza precedenti per gli astrofisici. La mole di informazioni attesa da questa missione ha costretto i ricercatori a sviluppare sistemi innovativi di analisi e gestione dei dati scientifici. Un'impresa che vede in primo piano molti ricercatori italiani, coordinati dall'Agenzia Spaziale Italiana (ASI) e dall'Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF). Ora, a lancio avvenuto, il team attende in gran trepidazione l'inizio delle osservazioni, quando Gaia sarà arrivata alla sua destinazione finale.

 Un posto all'ombra
A differenza di molti telescopi spaziali che orbitano intorno alla Terra, Gaia osserverà da un punto ben più lontano, a 1,5 milioni di chilometri da noi. Questo punto, detto punto Lagrangiano L2, è una regione di equilibrio gravitazionale nel sistema Terra-Sole, dove cioè l'attrazione gravitazionale del Sole e della Terra si bilanciano quasi esattamente. Si tratta di un punto di osservazione  privilegiato, perché in L2 la luce del Sole è bloccata dalla Terra. In questa regione di continua ombra, il satellite potrà quindi osservare continuamente senza essere disturbato dalla luce solare. Altri osservatori spaziali, come ad esempio il telescopio Planck, orbitano intorno a L2 per le stesse ragioni.

Il viaggio verso L2 durerà circa tre settimane, e ci si aspetta quindi che Gaia raggiunga la sua destinazione dopo la prima settimana di gennaio. A questo punto avrà già dispiegato il suo schermo solare da dieci metri di diametro e sarà alimentato da sei pannelli solari installati sullo schermo stesso. Una volta in L2 il satellite, dal peso di circa 2 tonnellate, sarà sottoposto alle fasi iniziali di calibrazione, che dureranno circa tre mesi. Dopo queste fasi di calibrazione e commissioning, sarà pronto a iniziare il suo lungo censimento della Via Lattea.

Con gli occhi di Gaia
"Per la prima volta potremo misurare direzioni e distanze su scala galattica", ha commentato Mario Lattanzi dell'INAF-Osservatorio Astrofisico di Torino, responsabile del gruppo di coordinamento italiano "È come quando i cartografi hanno disegnato le prime mappe per guidare i capitani delle navi. In cinque anni avremo la più grande mappa celeste mai realizzata".

In quei cinque anni il satellite infatti misurerà posizione, distanza e velocità di più un miliardo di stelle,  conducendo anche misure spettroscopiche per determinare altri parametri fisici come la temperatura o la gravità superficiale. La mappa tridimensionale che ne risulterà permetterà agli astrofisici di studiare la composizione della nostra Galassia e comprenderne la formazione e l'evoluzione.

Gaia osserverà circa un miliardo e mezzo di stelle fino alla magnitudine 20, ovvero circa 1 milione di volte più deboli degli astri visibili a occhio nudo. Per ciascuna, potrà misurare la posizione in cielo con una precisione di 10 milionesimi di secondo d'arco, che equivale alla capacità di misurare da Terra l'unghia di un astronauta sulla Luna!

Il satellite ha due "occhi" molto particolari: due telescopi che osservano in due direzioni di cielo separate da 106,5°. Ruotando sul suo asse ogni sei ore circa, Gaia potrà mappare la volta celeste con questi due telescopi. La luce è inviata, con un opportuno sistema di specchi, su un piano focale dove si trova una complessa "retina" elettronica, costituita da 106 rivelatori CCD, che in totale formano una enorme camera da 1 Gigapixel. Osservando ripetutamente il cielo nel corso degli anni, Gaia potrà evidenziare il moto delle stelle nello spazio. Inoltre, sfruttando il fenomeno della parallasse, con una tecnica ben nota in astronomia il satellite potrà determinare anche la distanza dei singoli astri. Ma nel suo lungo e complesso censimento stellare, Gaia potrebbe anche svelarci qualche nuovo segreto nelle leggi che governano la gravità.

Einstein sotto esame

Per ridurre i dati astrometrici, il team di Gaia deve infatti tenere conto delle leggi della teoria della Relatività Generale, pubblicata da Albert Einstein nel 1916. In base alla Relatività Generale, la presenza di una massa deforma la struttura dello spazio-tempo, curvando il percorso dei raggi luminosi. Il Sistema Solare diventa quindi un perfetto laboratorio naturale per mettere alla prova le equazioni di Einstein. La luce delle stelle osservate da Gaia, deve infatti compiere un vero e proprio "slalom" relativistico causato dal campo gravitazionale dei pianeti. I ricercatori di Gaia si aspettano di ottenere circa cento milioni di misure per quello che potrebbe diventare il più grande esperimento di relatività mai effettuato. In questo modo Gaia potrebbe confermare la Relatività Generale o persino rivelare delle piccole deviazioni dalla teoria di Einstein. Ciò avrebbe implicazioni profonde sulle moderne teorie cosmologiche, che basano le loro previsioni proprio sulla teoria di Einstein.

FONTE: MASSIMILIANO RAZZANO (repubblica.it)

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