Osservare l’Universo con gli “occhi” super veloci della Zwicky Transient Facility

L’Universo è estremamente dinamico, popolato da sorgenti che si muovono più o meno rapidamente, come asteroidi e comete, e da sorgenti che variano all’improvviso la propria luminosità, come le esplosioni di supernova; queste ultime possono brillare in cielo per pochi secondi, settimane o anche mesi, per poi scomparire alla nostra vista. Riuscire a osservare questi fenomeni è l’obiettivo principale della nuova Zwicky Transient Facility (ZTF), che lo scorso primo novembre ha effettuato la sua prima osservazione, o, come si dice in gergo, ha visto la “prima luce”.

La “prima luce” della Zwicky Transient Facility, acquisita il 1 novembre 2017 dopo l’installazione della camera al telescopio da 1,2 m all’Osservatorio di Monte Palomar. In basso a destra è riconoscibile la splendida Nebulosa di Orione. La versione a piena risoluzione di questa immagine è più di 24000 pixel per 24000 pixel ed è difficile apprezzarne tutti i dettagli sullo schermo di un computer, ma se volete potete scaricarla da qui! Credit: Caltech Optical Observatories

Costruita sull’esperienza della Palomar Transient Factory (PTF) all’Osservatorio di Monte Palomar, la ZTF è stata concepita per osservare questi fenomeni più rapidamente di quanto sia stato possibile fare finora, rendendola in grado di scoprire sorgenti molto rare.

La ZTF prende il suo nome da Fritz Zwicky, un astronomo ricordato tanto per la sua genialità che per la sua personalità alquanto combattiva: infatti, era noto per insultare i suoi colleghi chiamandoli “bastardi sferici” perché per lui erano bastardi in maniera perfettamente simmetrica, da qualunque lato li guardasse. Pioniere in diversi settori dell’astrofisica – fu il primo a proporre l’esistenza della materia oscura – Zwicky arrivò a Caltech nel 1925. È considerato il fondatore degli studi sulle supernovae, poiché per primo si mise a osservare il cielo in maniera sistematica proprio alla ricerca di questi fenomeni celesti, arrivando a scoprirne ben 120 nel corso della sua vita. A quei tempi, l’osservazione astronomica del cielo era un lavoro particolarmente impegnativo: durante la notte l’astronomo prendeva una lastra fotografica e la posizionava nel fuoco del telescopio, osservando per un tempo fissato una certa regione di cielo, e la portava in camera oscura per poi svilupparla, ripetendo questa procedura con varie lastre fino al mattino; di giorno si metteva a confrontare a occhio nudo le lastre prese durante la notte e le precedenti alla ricerca di oggetti variabili.

La ZTF è, al contrario, completamente automatica, basata su una nuova “macchina fotografica digitale” ad altissime prestazioni, montata al telescopio Schimdt di 1,2 metri, il famoso telescopio con cui negli anni 50 del secolo scorso è stato realizzato il grande atlante del cielo chiamato Palomar Sky Survey, che gli astronomi ancora oggi sfruttano per le loro ricerche – abbiamo visto qui un esempio recente. Il telescopio è  stato rinominato negli anni 80 dedicandolo a Samuel Oschin, un filantropo che effettuò una donazione molto cospicua all’Osservatorio.

Durante le operazioni della ZTF, il telescopio Samuel Oschin fungerà da scopritore, e il telescopio da 1,5 m di Monte Palomar verrà impiegato anch’esso in maniera automatica per il follow-up* delle sorgenti scoperte. Per studiare in maggior dettaglio eventuali oggetti peculiari, gli scienziati potranno avvalersi sia del telescopio Hale da 5 metri sempre su Monte Palomar che dei telescopi dell’Osservatorio Keck alle Hawaii. Anche la ricerca delle sorgenti nelle immagini sarà condotta automaticamente da computer, con dei software appositamente realizzati per lo scopo.

Il cuore della ZTF è però la nuova “fotocamera”, super sensibile e dall’enorme campo di vista: infatti, permette di osservare con una singola immagine ben 47 gradi quadri di cielo contemporaneamente, ovvero una regione di cielo che verrebbe coperta da quasi 250 lune piene! Si tratta di una porzione della sfera celeste 7 volte più grande di quella osservabile dalla PTF che l’ha preceduta e di cui la ZTF è la degna erede. La fotocamera è un vero gioiello tecnologico, basata sui sensori CCD che sono mantenuti a bassa temperatura (160 Kelvin) e controllati da un’elettronica sofisticata. Il cielo verrà osservato in 3 filtri ottici o “colori” diversi. Un robot cambierà il filtro in circa un minuto, mentre il telescopio stesso è in grado di muoversi e posizionarsi alle coordinate stabilite per l’osservazione in soli 8-9 secondi. Con le strumentazioni precedenti queste operazioni richiedevano tempi 10 volte maggiori, per cui questo miglioramento permetterà agli scienziati di scoprire e studiare eventuali fenomeni celesti della durata di solo qualche ora. Grazie alla sua estrema velocità, la ZTF osserverà tutto il piano della galassia per ben due volte nel corso della stessa notte e l’intero cielo accessibile verrà fotografato in tre notti. Ogni notte verranno acquisiti 4 TB di dati.

Ciò consentirà non solo di scoprire rapidamente una nuova supernova, ma soprattutto di rilevare dozzine di supernovae durante ciascuna notte di osservazione, in modo da ottenere grandi campioni per studi statistici e poter magari scoprire sorgenti peculiari e rare, che potrebbero permetterci di capire qualcosa di nuovo sui meccanismi fisici alla base di queste esplosioni cosmiche. Gli studi con ZTF non si limiteranno però alle supernovae, ma sarà possibile investigare gli asteroidi la cui orbita passa vicino alla Terra e altri corpi minori del sistema solare, le eruzioni cataclismiche di stelle della nostra galassia e magari anche l’identificazione di controparti elettromagnetiche delle sorgenti di onde gravitazionali.

Attualmente in fase di commissioning, ossia di verifica del funzionamento dei vari apparati, la ZTF inizierà le osservazioni scientifiche vere e proprie all’inizio del 2018, completando le operazioni a fine 2020. In attesa di raccontarvi nuove interessanti scoperte, vi suggeriamo di approfondire con questo bellissimo video.

Note:

*In astronomia per follow-up si intendono le osservazioni di un oggetto celeste successive alla scoperta: per esempio nel caso di un asteroide o di una cometa queste osservazioni servono per calcolare meglio l’orbita, nel caso di una supernova per studiare l’andamento nel tempo della sua luminosità o studiare le sue caratteristiche spettrali.

Bibliografia:

http://www.caltech.edu/news/zwicky-transient-facility-opens-its-eyes-volatile-cosmos-80369

https://www.spiedigitallibrary.org/conference-proceedings-of-spie/9908/1/The-Zwicky-Transient-Facility-Camera/10.1117/12.2234558.full?SSO=1

https://arxiv.org/pdf/1708.01584.pdf

Immagine di copertina: la cupola sul monte Palomar (Immagine PTF)

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Author: Sara Turriziani

Dottore di Ricerca in Astronomia. Membro dell’American Astronomical Society. Molto curiosa, ama esplorare il mondo che la circonda. Appassionata dello spazio da sempre, studia i buchi neri.

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