HABEMUS ALMA, L’ATACAMA ALLA RICERCA DELLE NOSTRE ORIGINI COSMICHE

L’Aquila, 13/03/2013 - Habemus Alma, l’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, alla ricerca delle nostre origini cosmiche: le dolci meraviglie del più potente telescopio radioastronomico ESO sulla Terra, inaugurato ufficialmente il 13 Marzo 2013, per conoscere i segreti dell’Universo: è la più sensibile macchina del tempo ad apertura sintetica con le sue 66 antenne dispiegate sul Chajnantor Plateau delle Ande cilene a 5mila metri di quota, pienamente operative entro l’Ottobre 2013, equivalenti a un singolo radiotelescopio di 16 Km di diametro! Scoperti zuccheri e caffeina nei sistemi solari alieni!

 Alma rivoluziona la nostra comprensione della vita nell’Universo. I sensori criogenici di Alma sono raffreddati a 4 gradi Kelvin (-269 gradi Celsius). Alma riscrive la storia del Baby Boom delle stelle nell’Universo. Un raccolto da record di galassie lontane include la maggior parte dei ritrovamenti di acqua finora pubblicati. Tutti i sistemi di Alma sono pienamente operativi per il supercomputer dei record sulle Ande cilene alla quota più alta: il Correlatore trasforma le 66 antenne di Alma in un unico telescopio gigante. Alma è il più elaborato radiotelescopio da terra di tutti i tempi. Con il totale dispiegamento delle 66 antenne, la vista di Alma sarà ancora più acuta di quella di un’aquila che scruta gli infiniti spazi interstellari, anche a caccia di eventuali alieni e civiltà extraterrestri. Il supercomputer dedicato di Alma dispone di oltre 134 milioni di processori ed esegue fino a 17 biliardi di operazioni al secondo, una velocità paragonabile a quella del più veloce supercomputer di uso generale oggi in funzione: il Titan della Cray Inc., con una velocità di 17,59 biliardi di operazioni in virgola mobile al secondo. Alma dovrà svelare anche i segreti dei due potenti geyser giganti osservati al centro della nostra Galassia, la Via Lattea. Gli astronomi stanno effettivamente usando l’enorme quantità di Materia Oscura che circonda le galassie nel mezzo dell’Universo come telescopi cosmici. L’Alma vision rappresenta lo stato dell’arte nella radioastronomia mondiale: è in grado di sondare l’Universo con sensibilità e risoluzione senza precedenti per una visione fino a dieci volte più precisa di quella del Telescopio Spaziale Hubble e può integrare le immagini ottenute dall’interferometro VLT.

(di Nicola Facciolini)

Habemus Alma, l’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array! L’Universo non avrà più segreti. Le dolci meraviglie del più potente telescopio radioastronomico ESO sulla Terra, ufficialmente inaugurato il 13 Marzo 2013 sul Chajnantor Plateau delle Ande cilene a 5mila metri di quota, sono servite. Alma è l’Osservatorio europeo australe più importante di sempre per conoscere i segreti più intimi dell’Universo. Alma, in totale sicurezza antisismica dai terremoti potenzialmente catastrofici della regione, opportunamente schermato dagli choc e dall’inquinamento elettromagnetici, è la più sensibile macchina del tempo ad apertura sintetica che sia mai stata concepita e costruita dall’Uomo sulla Terra: con le sue 66 antenne (30-1000 Ghz) pienamente operative entro l’Ottobre 2013, equivalenti a un singolo radiotelescopio di 16 Km di diametro, Alma offrirà una risoluzione spettrale di 100m/s, una risoluzione angolare fino a 100 volte migliore degli attuali interferometri e una sensibilità centuplicata! L’Alma mater della radioastronomia mondiale da un miliardo di dollari, ha aperto gli occhi dell’Umanità sull’ignoto. Il più potente Osservatorio astrofisico nella banda sub-millimetrica, è anche la più grande finestra aperta per scrutare i segreti dell’Universo dinamico, per sondare i più vicini sistemi extrasolari a caccia di esopianeti e civiltà aliene in formazione e in evoluzione. Sì, perché l’eventuale inquinamento luminoso elettromagnetico extraterrestre, di qualunque natura esso sia, non potrà sfuggire alle sensibili antenne di Alma! Siamo già anni-luce avanti alle 27 antenne del Very Large Array statunitense. L’European Southern Observatory (Eso), in collaborazione con i suoi partner internazionali, ha costruito la più moderna batteria di radiotelescopi espressamente concepita per studiare la luce proveniente dai più freddi oggetti cosmici.

Le antenne di Alma attualmente in funzione sono 57. Tutte le altre saranno installate entro i prossimi mesi, a cominciare da Luglio 2013, con l’ultimazione dei lavori alla Residenza degli scienziati. Qual era la struttura dell’Universo nel passato? Com’erano distribuite le galassie che oggi osserviamo in gruppi, ammassi e filamenti che circondano grandi zone vuote, quando l’Universo era più giovane? È la crescita della struttura compatibile con le previsioni della Relatività Generale di Einstein? E come sono evolute le galassie stesse, incastonate come gioielli luminosi nel reticolo cosmico di Materia Oscura? Sono tutte domande fondamentali per capire come siamo arrivati sulla Terra e come ciò che osserviamo ora nello spazio intorno a noi è così simile a ciò che osserviamo a milioni e miliardi di anni luce. Domande che cominciano ad avere risposte convincenti grazie ai primi risultati scientifici realizzati da Alma che ha scoperto zuccheri e caffeina nei sistemi solari alieni! Non solo. Alma già rivoluziona la nostra comprensione della vita nell’Universo. I sensori criogenici delle sue antenne sono raffreddati a 4 gradi Kelvin (-269 gradi Celsius) per riscrivere la storia del Baby Boom delle stelle: il raccolto da record di galassie lontane include la maggior parte dei ritrovamenti di acqua cosmica finora pubblicati. In effetti alcune osservazioni effettuate con l’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, già mostrano chiaramente il picco della nascita di stelle nel Cosmo che avvenne molto prima di quanto si pensasse. I risultati sono pubblicati in una serie di articoli sulle riviste “Nature” e “Astrophysical Journal” del 14 Marzo 2013. Questa ricerca rappresenta l’esempio più recente delle scoperte provenienti dall’Osservatorio internazionale Alma. Si pensa che il picco più alto della produzione di stelle si sia verificato nell’Universo primordiale in galassie brillanti e massicce.

Questi sistemi stellari, chiamati “starburst”, convertono vaste riserve di gas e polvere cosmici in nuove stelle a un ritmo parossistico, molte centinaia di volte più in fretta che in una galassia a spirale come la nostra, la Via Lattea. Gli astronomi dell’Eso, osservando con Alma più lontano nello spaziotempo e più di quanto finora la mente umana avesse mai concepito, fino a galassie così lontane che la loro luce ha impiegato molti miliardi di anni per giungere fino a noi, possono studiare questo periodo così movimentato della gioventù dell’Universo. “Più è lontana la galassia e più indietro nel tempo si guarda – rivela Joaquin Vieira del California Institute of Technology (Usa), a capo dell’equipe e primo autore dell’articolo sulla rivista Nature – così misurando la distanza delle galassie possiamo costruire una cronologia di quanto vigorosamente l’Universo stava creando stelle nelle diverse tappe della sua storia da 13,7 miliardi di anni”. Cioè dal Big Bang! Il team internazionale di scienziati ha scoperto queste galassie “starburst”' lontane ed enigmatiche con il South Pole Telescope (Telescopio al Polo Sud) da 10 metri della National Science Foundation degli Usa, e poi ha usato le antenne di Alma per focalizzarsi ad esplorare il “baby boom” delle stelle nell’Universo giovane. Grande è stata la meraviglia dei ricercatori quando hanno scoperto che molte di queste galassie distanti, piene di polvere e che formano stelle, erano ancora più lontane del previsto.

Ciò significa che, in media, il picco di formazione stellare avvenne 12 miliardi di anni fa, quando l’Universo aveva poco meno di 2 miliardi di anni, cioè almeno un miliardo di anni prima di quanto si pensasse. Le implicazioni sono lapalissiane. Due di queste galassie sono le più lontane mai viste del loro genere, così distanti che la loro luce iniziò il suo cammino quando l’Universo aveva appena un miliardo di anni. In una di queste galassie da record, l’acqua si trova tra le molecole rilevate da Alma, rendendola l’osservazione più lontana nel Cosmo, finora mai pubblicata, di questa nostra preziosa molecola vitale. L’equipe ha sfruttato la sensibilità senza pari di Alma per catturare la luce di 26 galassie a lunghezze d’onda intorno ai tre millimetri. La luce di una lunghezza d’onda specifica può essere prodotta dalle molecole di gas nelle galassie: a causa dell’espansione accelerata dell’Universo la lunghezza d’onda viene “stirata” nel corso dei miliardi di anni impiegati per raggiungerci. Così, misurando le lunghezze d’onda “stirate”, gli astronomi possono calcolare quanto è durato il viaggio per collocare ogni galassia al punto giusto nella Storia cosmica. “La sensibilità di Alma e il grande intervallo di lunghezze d’onda implicano che possiamo ottenere le nostre misure in pochi minuti per ciascuna galassia, circa cento volte più in fretta di prima – osserva Axel Weiss del Max-Planck-Institut für Radioastronomie di Bonn (Germania), a capo della misura delle distanze delle galassie – precedentemente, una misura come questa avrebbe richiesto un processo laborioso per combinare i dati provenienti da telescopi nella banda del visibile e da radiotelescopi”. Nella maggioranza dei casi, le osservazioni di Alma possono individuare da sole la distanza, ma per alcune galassie il team ha combinato i dati di Alma con misure prese da altri telescopi, tra cui l’Atacama Pathfinder Experiment (Apex) e il Very Large Telescope dell’Eso. Osservazioni aggiuntive sono state effettuate con l’Australia Telescope Compact Array e il Submillimeter Array. All’epoca delle osservazioni gli astronomi hanno usato solo 16 delle 66 antenne giganti che formano la schiera completa di Alma, poiché l’Osservatorio era ancora in costruzione.

Una volta completato, Alma sarà molto più sensibile e potrà vedere galassie ancora più deboli. Per ora, gli astronomi hanno puntato le antenne di Alma a quelle più brillanti. Hanno anche sfruttato un aiuto dalla Natura, l’effetto di lente gravitazionale previsto dalla Teoria della Relatività Generale di Albert Einstein, per cui la luce di una galassia remota viene distorta dall’influsso gravitazionale di una galassia di grande massa in primo piano che si comporta come una lente e rende più brillante la fonte luminosa lontana. Per capire esattamente di quanto le lenti gravitazionali abbiano reso più brillanti le galassie, l’equipe ha ottenuto immagini molto nitide usando le osservazioni di Alma a lunghezze d’onda dell’ordine di 0,9 millimetri! “Queste meravigliose immagini di Alma mostrano le galassie di sfondo deformate in numerosi archi di luce, noti come Anelli di Einstein – spiega Yashar Hezaveh della McGill University di Montreal (Canada), esperto di lenti gravitazionali – che circondano la galassia in primo piano. Stiamo effettivamente usando l’enorme quantità di Materia Oscura che circonda le galassie nel mezzo dell’Universo come telescopi cosmici che rendono più grandi e brillanti le galassie ancora più lontane”. L’analisi della distorsione svela l’arcano: alcune delle galassie più distanti che formano stelle sono 40 bilioni (40 milioni di milioni) di volte più brillanti del Sole e le lenti gravitazionali le hanno ampliate fino a 22 volte. “Finora erano state trovate a queste lunghezze d’onda submillimetriche solo poche galassie ingrandite dalle lenti gravitazionali, ma ora SPT e Alma ne hanno scoperte a dozzine – rivela Carlos De Breuck dell’Eso), un componente del team – questo tipo di scienza utilizzava soprattutto le lunghezze d’onda visibili, con il Telescopio Spaziale Hubble, ma i nostri risultati mostrano che Alma è un giocatore molto potente appena sceso in campo”. Alma è molto più di un esperimento scientifico e tecnologico senza precedenti. “Questo è un grande esempio di come astronomi di tutto il mondo possano collaborare per produrre scoperte sorprendenti con un impianto all’avanguardia – fa notare Daniel Marrone della University of Arizona (Usa) – questo è solo l’inizio per Alma e per lo studio di queste galassie starburst. Il prossimo passo è di studiare questi oggetti in modo più approfondito e scoprire come e perché stanno formando stelle a questi tassi prodigiosi”. Lo studio è descritto nell’articolo “Dusty starburst galaxies in the early Universe as revealed by gravitational lensing”, di J. Vieira et al., per la rivista Nature. La misura della distanza delle galassie è descritta nell’articolo “ALMA redshifts of millimeter-selected galaxies from the SPT survey: The redshift distribution of dusty star-forming galaxies”, di A. Weiss et al., per la rivista Astrophysical Journal. Lo studio delle lenti gravitazionali è descritto nell’articolo “ALMA observations of strongly lensed dusty star-forming galaxies”, di Y. Hezaveh et al., per la rivista Astrophysical Journal. L’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array è un Osservatorio astronomico internazionale frutto della collaborazione fra l’Europa, il Nord America e l’Asia Orientale, in cooperazione con la Repubblica del Cile. In Europa Alma è finanziato dall’Eso, in Nord America dalla U.S. National Science Foundation con il National Research Council del Canada e il National Science Council di Taiwan e in Asia Orientale dagli Istituti Nazionali di Scienze Naturali del Giappone in cooperazione con l’Accademia Sinica di Taiwan. La costruzione e la gestione di Alma sono condotte dall’Eso per conto dell’Europa, dall’Osservatorio Nazionale di Radio Astronomia gestito dalle Associated Universities Inc. (AUI) per conto del Nord America e dall’Osservatorio Astronomico Nazionale del Giappone per conto dell’Aisa Orientale. L’Osservatorio congiunto di Alma (JAO, Joint ALMA Observatory) fornisce la guida unitaria e la gestione della costruzione, del commissioning e delle operazioni di Alma. La sala operativa di Alma è situata a 3mila metri di quota per consentire agli scienziati di lavorare senza bombole d’ossigeno. Ma uno dei supercomputer di Alma, chiamato il “Correlatore”, il più potente al mondo, è stato installato e verificato nel suo sito remoto, in alta quota nelle Ande del Cile settentrionale, a 5mila metri. È una delle fondamentali tappe per il completamento di Alma, il più elaborato radiotelescopio da terra di tutti i tempi.