XMM-Newton

Ogni volta che un telescopio viene inaugurato, spaziale o terrestre che sia, prima di poter vivere la sua vera e propria stagione scientifica deve essere sottoposto a una serie di controlli, in modo da essere certi del suo corretto funzionamento. Il procedimento ricorda quel che fa quando si compra un nuovo orologio: si rimette l'ora controllandola con un orologio di fiducia. Dopo un po' di tempo, qualche ora per esempio, si controlla che il nuovo orologio sia ancora in accordo con il vecchio.

Con i telescopi si procede in modo simile: si sceglie di osservare alcune corpi celesti conosciuti, in modo da riprodurre i risultati già noti, come per esempio il sistema binario a cui ti riferisci, che è costituito da una stella blu di tipo B, più grande del Sole, e probabilmente un buco nero. Da oltre 30 anni, ogni volta che veniva misurata la luminosità di questo sistema binario stella-buco nero LMC X-3 si ottenevano gli stessi valori. Proprio mentre XMM-Newton osservava il sistema binario, la sua luminosità è improvvisamente diminuita di oltre 100 volte. Un fenomeno raro, per il quale dal punto di vista teorico non si hanno spiegazioni dettagliate.

Tu parli di osservazioni di un sistema stella-Buco Nero, ma in genere, si dice che un Buco Nero non sia osservabile, perché neanche la luce può scappare dal suo intenso campo gravitazionale. Quindi che cosa significa che XMM-Newton "osserva" i buchi neri?

È vero, i buchi neri non emettono luce. Per luce non intendo solo la luce visibile, cioè quella grazie alla quale possiamo vedere, ma anche onde radio, infrarosse, raggi gamma, raggi ultravioletti, raggi X. Si dice che i buchi neri non emettono luce perché il loro campo gravitazionale, cioè la loro capacità di curvare lo spazio, è tale da creare delle trappole gravitazionali da cui la luce non ha la possibilità di evadere.

Tuttavia questa stessa trappola gravitazionale attrae anche la materia che si trova in sua prossimità. Il gas attratto tende a cadere sul buco nero formando un disco a spirale, un po' come accade con il mulinello formato dall'acqua intorno allo scolo di un lavandino. Nella caduta, il gas si scalda fino a raggiungere temperature di milioni di gradi ed emette luce sotto forma di raggi X, per esempio, che può essere raccolta dal telescopio dell'ESA XMM-Newton, da cui la comunità scientifica si aspetta un grande contributo per migliorare la nostra comprensione dell'universo.

Nella vita quotidiana, i raggi X sono legati alla medicina, alle radiografie. All'inizio degli anni '60, tuttavia, si è scoperto che molti corpi celesti emettono raggi X. Questa scoperta ha aperto le porte a uno nuovo ramo dell'astronomia, detta astronomia X. Di che cosa si tratta?

Come accennavo, è il gas alla temperatura di milioni di gradi che emette luce sotto forma di raggi X. Per fare un confronto, teniamo conto che la temperatura sulla superficie del Sole è circa 6000 gradi. Per trovare gas a un milione di gradi ed oltre si deve andare, per esempio, nelle vicinanze di un buco nero come quello di LMC X-3: un sistema binario nel quale il buco nero vampirizza la stella succhiandole il gas, come abbiamo visto. Lo stesso può accadere su dimensioni molto più grandi al centro di una galassia, in cui un enorme buco nero inghiotte tutta la materia nelle sue vicinanze, come nel caso dei Nuclei Galattici Attivi. Oppure si deve andare nelle vicinanze di una supernova, una stella molto più grande del sole che ha terminato il combustibile nucleare al proprio interno e che ha dato luogo a un'immane esplosione, lanciando gas nello spazio ad altissima velocità (esempio 30 Doradus).

Voglio sottolineare che per scoprire fenomeni del genere è stato necessario andare nello spazio: l'atmosfera terrestre, per nostra fortuna, impedisce ai raggi X, luce di elevatissima energia, di arrivare sulla superficie terrestre. Questo ci impedisce di osservare il cielo X di notte con un telescopio terrestre. È per questo che l'Agenzia Spaziale Europea ha pensato a un telescopio spaziale come XMM-Newton, in grado di raccogliere una grande quantità di raggi X in pochissimo tempo.

Il satellite europeo XMM-Newton è stato lanciato il 10 dicembre 1999 dalla base ESA di Kourou, nella Guiana Francese, con un Ariane 5. Un evento, tra l'altro, che poteva essere seguito in diretta sulla rete Internet e che è stato il primo lancio commerciale di un Ariane 5. Con i suoi 10 metri di lunghezza XMM-Newton è il più grande satellite scientifico mai realizzato in Europa. È dotato di pannelli solari di 16 metri. È stato costruito da un consorzio 46 compagnie di 14 paesi europei, capeggiati dalla Dornier Satellitesysteme, Germania. Quali sono le sue caratteristiche essenziali?

Essendo un telescopio, un componente primario sono gli specchi, a cui ha contribuito in modo fondamentale la MediaLario di Como, che ha realizzato i moduli per gli specchi X. Gli specchi per l'astronomia X sono veramente diversi da quelli che siamo abituati a vedere per i telescopi ottici, che sono a forma parabolica e che vengono disposti perpendicolarmente alla direzione di arrivo della luce. Gli specchi, o se preferite, gli occhi di XMM-Newton, assomigliano piuttosto a 3 barili cilindrici, ognuno dei quali è costituito da 58 cilindri concentrici (diametro interno di 30 cm. e diametro esterno 70 cm, lunghezza 60 cm) annidati uno nell'altro come tante matrioske e formati da sottilissimo strato d'oro depositato su uno strato di nickel. Gli specchi sono così 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.

XMM-Newton ha anche una grandissima precisione di puntamento, confrontabile a quella di un cacciatore capace di centrare una zanzara a un paio di kilometri di distanza.

XMM-Newton è dotato di 5 strumenti che utilizzano i raggi X raccolti: 3 CCD (le versioni elettroniche delle vecchie pellicole o lastre fotografiche), per la realizzazione dei quali l'Agenzia Spaziale Italiana ha svolto un ruolo fondamentale, dette EPIC (European Photon Imaginc Cameras), fondamentali per scattare vere e proprie fotografie; 2 spettrometri RGS (Reflection Grating Spectrometer), dispositivi capace di disperdere le varie lunghezze d'onda , come un prisma, in modo da evidenziare la presenza di elementi chimici come il ferro e l'ossigeno.

In aggiunta, XMM-Newton è dotato anche di un Optical Monitor, che consente di catturare immagini dello stessa area di cielo nella luce visibile e in ultravioletto. Questo consente di confrontare gli stessi oggetti celesti a varie lunghezze d'onda, un'informazione preziosa per gli astronomi.