XL-Calibur: un telescopio innovativo a oltre 38000 metri

Il 9 luglio 2024, un team di scienziati della Washington University di St. Louis ha lanciato il telescopio XL-Calibur, un innovativo strumento montato su un pallone aerostatico, con l’obiettivo di svelare i segreti dei buchi neri e delle stelle di neutroni, alcuni degli oggetti più estremi dell’universo.

Questo lancio rappresenta un passo significativo nella comprensione dei fenomeni astrofisici che avvengono in prossimità di questi corpi celesti.

Il telescopio XL-Calibur è stato lanciato dal Centro Spaziale Esrange della Swedish Space Corporation, situato a nord del Circolo Polare Artico vicino a Kiruna, in Svezia, un sito scelto per le sue condizioni ideali per il volo di palloni scientifici, grazie alla posizione geografica e ai venti stratosferici che permettono di raccogliere dati scientifici per molti giorni mentre i palloni attraversano la Svezia fino al Canada settentrionale.

Obiettivi della missione di XL-Calibur

Uno degli obiettivi principali della missione XL-Calibur è misurare la polarizzazione dei raggi X –può fornire informazioni cruciali su come la materia si muove e si comporta mentre viene attratta da un buco nero, liberando enormi quantità di energia nel processo– provenienti dal sistema binario a raggi X Cygnus X-1, per l’appunto un noto buco nero.

Questi dati potrebbero avere un impatto significativo sulla misurazione della velocità di rotazione dei buchi neri, un parametro fondamentale per comprendere la loro formazione e evoluzione.

Il progetto XL-Calibur è frutto di una collaborazione internazionale tra scienziati degli Stati Uniti, del Giappone e della Svezia, oltre ai componenti costruiti presso la Washington University, il telescopio utilizza uno specchio di riserva della missione Hitomi dell’agenzia spaziale giapponese, una gondola e un meccanismo di controllo del puntamento sviluppati presso il Wallops Flight Facility della NASA, e un dispositivo di schermatura sviluppato presso il KTH in Svezia.

Questa collaborazione dimostra l’importanza della cooperazione internazionale nella ricerca scientifica avanzata.

Tecnologia e innovazione

Il telescopio XL-Calibur è trasportato da un pallone scientifico di dimensioni paragonabili a quelle di uno stadio, che lo solleva fino a un’altitudine di circa 38.100 metri, sopra il 99,97% dell’atmosfera terrestre, e a questa altitudine, il telescopio può raccogliere dati senza le interferenze atmosferiche che ostacolano le osservazioni da terra, un approccio innovativo che permette di ottenere misurazioni di alta precisione che sarebbero altrimenti impossibili.

I dati raccolti da XL-Calibur saranno resi pubblici e ospitati dal NASA’s High Energy Astrophysics Science Archive and Research Center, ciò poiché i dati non solo contribuiranno alla nostra comprensione dei buchi neri e delle stelle di neutroni, ma potranno anche essere utilizzati in combinazione con i dati provenienti da altri strumenti spaziali, come il satellite Imaging X-Ray Polarimetry Explorer (IXPE), così da ottenere una visione più completa e dettagliata dei fenomeni astrofisici estremi.

Il telescopio XL-Calibur rappresenta un notevole esempio di ingegneria e innovazione tecnologica ma vediamo più da vicino come funziona e quali sono le sue componenti principali.

• Il pallone aerostatico: il telescopio XL-Calibur è trasportato da un pallone aerostatico di dimensioni enormi, riempito con elio, un gas leggero che permette al telescopio di raggiungere le altitudini di cui abbiamo parlato in precedenza, altitudini che ricordiamo gli consentiranno di operare senza le interferenze atmosferiche, garantendo misurazioni di alta precisione;
• il telescopio: il cuore del sistema è il telescopio stesso, che utilizza uno specchio di riserva della missione Hitomi dell’agenzia spaziale giapponese, specchio progettato per focalizzare i raggi X su un rivelatore, permettendo di misurare la polarizzazione dei raggi X provenienti da sorgenti astrofisiche come i buchi neri e le stelle di neutroni;
• la gondola e il meccanismo di controllo del puntamento: il telescopio è montato su una gondola sviluppata presso il Wallops Flight Facility della NASA ed è dotata di un sofisticato meccanismo di controllo del puntamento, che permette di mantenere il telescopio orientato con precisione verso le sorgenti di interesse durante il volo;
• il dispositivo di schermatura: per proteggere il telescopio dalle radiazioni di fondo e da altre interferenze, è stato sviluppato un dispositivo di schermatura presso il KTH in Svezia, dispositivo che è progettato per bloccare le radiazioni indesiderate, permettendo al telescopio di raccogliere dati puliti e precisi.

Le sfide e i risultati attesi della missione di XL-Calibur

Lanciare e operare un telescopio su un pallone aerostatico presenta diverse sfide, una delle principali è garantire che il telescopio rimanga stabile e orientato correttamente durante il volo, questo richiede un sofisticato sistema di controllo del puntamento e una gondola robusta che possa resistere alle condizioni estreme dell’alta atmosfera.

Un’altra sfida è la raccolta e la trasmissione dei dati, a queste altitudini, le comunicazioni possono essere difficili, e il team di scienziati deve assicurarsi che i dati raccolti vengano trasmessi in modo affidabile ai centri di controllo a terra, con questo che richiede l’uso di tecnologie avanzate di comunicazione e di gestione dei dati.

I dati raccolti dal telescopio XL-Calibur saranno fondamentali per la nostra comprensione dei buchi neri e delle stelle di neutroni, misurando la polarizzazione dei raggi X, gli scienziati sperano di ottenere nuove informazioni su come la materia si comporta in prossimità di questi oggetti estremi. Questi dati potrebbero anche aiutare a testare le previsioni della teoria della relatività generale di Einstein e a migliorare i modelli teorici dell’accrescimento di materia sui buchi neri.

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