RESTRICTED AREA
 
alt nullHomepage > Divulgazione > L'universo invisibile > Il cielo a tutte le frequenze > Il cielo radio

L'UNIVERSO INVISIBILE

Il cielo a tutte le frequenze

Il cielo nelle onde radio

 

Questa emissione dai corpi celesti è principalmente dovuta a quattro fenomeni: l’emissione termica di oggetti molto freddi (ad una temperatura di poche decine di gradi Kelvin), l’emissione di ciclotrone prodotta da elettroni non relativistici in presenza di campi magnetici poco intensi; la transizione spin-spin dell’atomo di idrogeno che produce l’emissione a 21 cm e processi di bremsstrahlung coinvolgenti elettrono poco energetici. L’emissione termica di onde radio caratterizza soltanto alcuni corpi celesti come le nubi molecolari fredde, le magnetosfere dei pianeti, la materia intestellare.

Per contro le radio galassie e le pulsar presentano un’emissione radio dovuta all’interazioni tra le particelle. A causa della notevole lunghezza d’onda a cui si osserva un radio telescopio è naturalmente caratterizzato da una scarsa risoluzione angolare. Per ovviare a tale inconveniente raramente si procede all’osservazione tramite un solo telescopio ma si cerca di utilizzare la composizione di più radiotelescopi in un interferometro. I radiotelescopi possono lavorare anche di giorno e con cattive condizioni meteorologiche.

 

Breve storia della radioastronomia

La radioastronomia nasce negli anni ’30. In quegli anni i "Bell Laboratories" stavano cercando di sviluppare l’uso delle onde radio per scopi commerciali e telecomunicazioni e incaricarono l’ingegnere Carl Jansky di approfondire lo studio su alcuni disturbi presenti nelle comunicazioni radio intercontinentali. Jansky costruì un radiotelescopio funzionante a 20,5 MHz con lo scopo di ricercare la sorgente causa di tale disturbo. Nelle prime osservazioni Jansky trovò una periodicità giornaliera e imputò la causa dei disturbi al Sole. Dopo alcuni mesi di attente osservazioni però Jansky notò che il periodo di tale disturbo che era di 23 ore e 56 minuti.

La corrispondenza col giorno siderale della Terra fece ipotizzare a Jansky che si trattasse di un disturbo extrasolare, l’ingegnere iniziò la ricerca sistematica per vedere quale regione del cielo producesse questi disturbi concludendo, dopo tre mesi di osservazione, che i disturbi sembravano coincidere con una regione posta nella costellazione del Sagittario dove giace il centro galattico. In onore a questa scoperta venne dato il nome di Jansky all’unità di misura del flusso radio utilizzato in astronomia radio e corrispondente a 10-26 W m-2 Hz-1.

Radiotelescopio di ReberLa scienza professionale rimase però assente per almeno ancora un decennio, in questo periodo le ricerche in campo della radioastronomia furono portate avanti da appassionati. Uno di questi fu Grote Reber che ebbe l’idea di esplorare l’emissione radio delle stelle. In particolare, Reber si era posto il problema di verificare nelle onde radio la legge di Raylegh-Jeans. Reber era un tecnico delle telecomunicazioni e, da autodidatta, si era appassionato all’astronomia. Egli intuì che una stella, emettendo radiazione come un corpo nero, avrebbe presentato un’emissione radio a frequenze maggiori di quella esplorata da Jansky. Reber si costruì, nel cortile di casa, una parabola, operante alla frequenza di 3300 MHz, ma dopo aver esplorato tutta la volta celeste, non notò alcuna sorgente radio. Reber divenne così scettico sulle osservazioni compiute da Jansky. Nonostante ciò, la sua tenacia lo portò a costruire un ricevitore operante a 900 MHz e uno operante 160 MHz.

Finalmente a quest’ultima frequenza Reber trovò delle sorgenti radio nel cielo e riuscì a produrre la mappa del piano galattico nella banda radio. Reber catalogò diverse sorgenti: una nel Sagittario, una in Cassiopea, una in Cigno, poi nel Cane Maggiore, nella Poppa e in Perseo. Le osservazioni di Reber mostrarono anche una variabilità undecennale dei disturbi radio provocati dal Sole, disturbi non osservati da Jansky che aveva osservato nel periodo di minimo solare. Reber intuì anche che l’emissione radio che aveva osservato non poteva essere dovuta all’emissione termica perché non rispettava la legge di Rayleigh-Jeans, intuizione geniale e confermata successivamente negli anni ’50 quando si dimostrò che si trattava di emissione di sincrotrone.

radiotelescopio di HewishNel 1941 Oort incaricò un suo studente di studiare la possibilità di emissione radio in righe spettrali dalla sorgente. Van de Hulst, così si chiamava lo studente e poi collaboratore di Oort, dopo un lungo lavoro teorico annunciò che l’idrogeno neutro presente nei bracci a spirale della galassia avrebbe potuto emettere una riga a 1420 Mhz e che, misurando lo shift Doppler, si sarebbe potuto studiare la dinamica rotazionale della Via Lattea. L’idea teorica di Van de Hulst venne poi messa in pratica nel 1951 con tre ricevitori posti sui radiotelescopi di Leida, Hardward e Sydney, fornendo risultati positivi. Negli anni ’60 avvenne per caso una grande scoperta nelle onde radio. I Bell Laboratories incaricarono due fisici di ripristinare le comunicazioni video intercontinentali tramite satellite.

I due scienziati fecero uso di un’apposita antenna a forma di corno funzionante nelle onde micrometriche allo scopo di instaurare le comunicazioni col satellite Echo, che faceva da ponte radio. Arno Penzias e Robert Wilson, così si chiamavano i due fisici, trovarono un disturbo uniforme prodotto da una radiazione a 2,73 °K presente in tutto il cielo. Si ripeteva la storia di Jansky con una scoperta del tutto inattesa, che però non passò inosservata. Infatti Dicke, uno dei più grandi cosmologi di quel tempo, si accorse che alcuni modelli cosmologici prevedono un universo in espansione nato da una grande esplosione iniziale. Dicke fece notare che in un siffatto modello quando l’universo divenne trasparente alla radiazione doveva essere composto da materia e radiazione a circa 2730 °K e che oggi, per effetto dell’espansione cosmica, dovremmo osservarla come radiazione di corpo nero a 2,73°K. Grazie a questa scoperta Penzias e Robert Wilson furono insigniti del premio nobel per la fisica nel 1978. All’inizio degli anni ’60 il professor Antony Hewish dell’università di Cambridge decise di costruire con il suo gruppo di studenti un radio telescopio operante alla frequenza di 81,5 Mhz. Il suo scopo era quello di studiare l’emissione di galassie; lo strumento divenne operativo nel 1967 e nello stesso anno fu completata la prima ricognizione del cielo. All’analisi dei tracciati radio in funzione del tempo un’ assistente di Antony Hewish, Jocelyn Bell, si accorse della presenza di una sorgente periodica. Ad una prima analisi, l’oggetto era piuttosto enigmatico poi, grazie agli studi teorici precedentemente svolti, si è potuto associarlo ad una stella di neutroni.

Radiotelescopio croce del nordDa allora l’astronomia conobbe un enorme sviluppi, nacquero radio telescopi di grandi dimensioni, poi alla fine degli anni settanta e nei primi anni ottanta si introdusse la tecnica radio interferometrica con lo scopo di ottenere immagini a risoluzioni eccezionali. Nacquero così i grandi interferometri come il Very Large Array. Negli primi anni ’90, grazie all’uso di computer sempre più sofisticati e di software sempre più complessi, si è introdotta la radio interferometria su base planetaria, facendo interferire il segnale di più strumenti posti a grandi distanze sul globo terrestre e registrati in istanti diversi. Questa tecnica, chiamata "Very Long Baseline Array", ha consentito di raggiungere poteri risolutivi superiori a quelli di qualsiasi altro strumento astronomico.

Il Very Large Array

 

Torna all’inizio della pagina