Integral: lampi gamma per festeggiare il 2003

Integral osserva il cielo nei raggi gamma, una forma molto più energetica di luce che i nostri occhi non sono in grado di catturare e che l'atmosfera terrestre assorbe prima che arrivino sulla superficie terrestre. Sulla Terra, invece, i raggi gamma sono prodotti nei processi naturali di decadimento nucleare o, per esempio, nelle esplosioni nucleari.

E la scoperta dell'universo a raggi gamma inizia proprio da qui: dalle esplosioni nucleari e dalla guerra fredda. Da subito, alla fine degli anni ’50, lo spazio divenne un ambiente da sfruttare per controllare il nemico e per portare le proprie eventuali offensive. Alcuni satelliti militari degli USA, i satelliti Vela, avevano il compito di scrutare la Terra cercando di scoprire gli esperimenti nucleari sovietici. Ma la strumentazione rivelò sorprendentemente la presenza di strani lampi di raggi gamma che non potevano essere generati sulla Terra: nasceva così, per caso, l'astronomia nella banda gamma dello spettro elettromagnetico.

Per capire l'importanza culturale di questo evento, fermiamoci un momento a considerare appena la possibile rappresentazione di questa visione del cosmo, senza indagarne le cause. Dopo trent'anni di ricerche appare evidente che viviamo sotto una volta celeste illuminata da lampi di energia senza pari nella storia dell'universo. È un'immagine completamente diversa da quella di una volta celeste immutabile e serena. I lampi di raggi gamma ci rimandano, invece, una rappresentazione di un universo inquieto e violento, del tutto coerente - purtroppo - con i tempi che viviamo.

Ma a che cosa sono dovute queste esplosioni?

Oggi, dopo trent'anni di ricerche, e con il contributo fondamentale di un satellite italiano, BeppoSax, si è capito che questi lampi di raggi gamma provengono da regioni remote dell'universo, e che sono probabilmente prodotti dall'esplosione di stelle enormi, centinaia di volte più massicce del Sole. Ma le ricerche non sono certo finite. I lampi di raggi gamma sono un mistero che si è appena iniziato a chiarire.

Il ruolo di Integral è tanto più prezioso perché è l'unico satellite in funzione che sia in grado di catturare raggi gamma. Del resto un telescopio spaziale come questo nasce proprio dalla necessità scientifica di un'intera comunità internazionale: qualsiasi scienziato di qualsiasi Paese del mondo può chiedere che Integral osservi una certa porzione di cielo. Le domande di utilizzo vengono poi vagliate da un team di scienziati che ne valuta la validità, tenendo presente il contributo alla conoscenza che queste osservazioni potrebbero dare.

Solo per il 2003, il team scientifico, del quale fanno parte anche molti astronomi italiani, ha potuto scegliere fra un numero enorme di domande, che sarebbero bastate a impegnare lo strumento per 19 anni! E questo testimonia le aspettative degli astronomi.

Integral è stato lanciato il 17 ottobre dalla base di Baikonour, in Kazakhstan, e ha appena raggiunto la sua fase operativa, tanto che le prime immagini sono state presentate in una conferenza stampa alla fine di dicembre. Che cosa ha combinato Integral in questi due mesi?

Prima di poter usare un telescopio o un qualsiasi strumento per le osservazioni scientifiche, passa un periodo in cui gli strumenti vengono provati. Questo è vero anche per i telescopi installati a terra: a parte i controlli di tipi strutturale, si eseguono una serie di osservazioni di corpi celesti di cui si conoscono certe caratteristiche, e si cerca di capire se il telescopio ci dà risultati compatibili. Questo procedimento, che a volte dura alcuni mesi, si chiama "calibrazione" del telescopio. È come se avessimo un orologio ultrapreciso e dovessimo regolarlo sull'ora esatta. La calibrazione è tanto più necessaria per un telescopio spaziale. Intanto perché il telescopio viene lanciato nello spazio e questo significa che ogni sua parte viene sottoposta ad accelerazioni e vibrazioni fortissime.

Inoltre un telescopio spaziale opera in un ambiente decisamente ostile. Lo spazio oltre l'atmosfera non è vuoto, ma è percorso da un numero elevatissimo di particelle che si muovono ad altissima velocità, alcune delle quali provenienti dal Sole, altre dallo spazio profondo. Queste particelle possono "confondere" gli strumenti di un telescopio, facendogli scambiare una particella per uno di quei segnali luminosi per i quali strumento è stato costruito. Per esempio nel caso di Integral, il rilevatore a raggi X JEM-X si è rivelato molto sensibile al bombardamento delle particelle, ed è stato necessario mettere a punto una procedura che eliminasse questa possibile sorgente di errore.

Ma questo fa parte della natura della scienza: il confronto con le possibili ragioni di errore è quotidiano e stimolante. Esso stesso può portare a scoperte considerevoli. Per esempio, lo sforzo di ridurre le vibrazioni nel corso di un lancio ha portato a miglioramenti nelle sospensioni delle automobili oppure allo smorzamento delle vibrazioni delle betoniera. E le procedure per l'analisi delle immagini a raggi X, per eliminare i dati spuri, hanno portato a metodi diagnostici per lo studio dei tumori della pelle.

Quali sono stati i primi corpi celesti osservati da Integral?

Le calibrazioni sono state fatte osservando in dettaglio un possibile buco nero, nella costellazione del Cigno, celebre fra gli astronomi e gli astrofili come Cygnus X-1. Si tratta di una delle sorgenti più potenti di raggi X, non tanto per la sua luminosità intrinseca quanto per la sua relativa vicinanza: dista 10 mila anni luce dalla Terra. Tieni conto che il disco della nostra galassia ha un diametro di circa 100 000 anni luce.

È stato scoperto nel 1960 e si pensa che sia un buco nero, probabilmente formato dopo l'esplosione di una stella massiccia, intorno al quale ruota una stella blu grande 10-20 volte il Sole, con una temperatura superficiale di ben 31 mila gradi. La rotazione sarebbe assai veloce: un giro è compiuto in appena 5-6 giorni. Il buco nero, con la sua attrazione gravitazionale, strappa materia alla sua compagna, ed è proprio questa materia che emette raggi X, riscaldandosi fino a raggiungere milioni di gradi mentre precipita.