È l’ora di eRosita, un grandangolo per il cielo X

A vent’anni esatti dal lancio dei due telescopi spaziali per il cielo X – Chandra della Nasa e Xmm-Newton dell’Esa – ecco che un successore è finalmente pronto, se non a raccogliere il testimone, quanto meno a dare man forte alla fenomenale coppia. È la missione del Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics (Mpe) eRosita, verrà lanciata fra una settimana – venerdì 21 giugno – a bordo del satellite russo-tedesco Spektr-Rg (Srg) ed è molto attesa dalla comunità degli astrofisici delle alte energie. Soprattutto in questa particolare congiuntura, con il giapponese Hitomi “caduto sul campo” tre anni fa, l’osservatorio europeo Athena ancora ben al di là dall’essere lanciato (si parla degli anni Trenta) e le due “rocce” Chandra e Xmm-Newton sempre smaglianti ma, come dicevamo, non più recentissimi.

Ma come funzionerà, eRosita? E quale scienza permetterà di fare? Media Inaf lo ha chiesto ad Andrea Merloni, quarantaseienne romano in forze all’Mpe tedesco. Laurea in fisica alla Sapienza, Merloni è arrivato a Monaco nel 2002, dopo un dottorato di ricerca a Cambridge, in Inghilterra. Ama i buoni libri, la cucina giapponese, i viaggi e la birra bavarese – «non necessariamente in quest’ordine…». Ed è niente meno che il project scientist della missione, dunque la persona ideale per aiutarci a capirne qualcosa di più.

Partiamo dal nome: che cosa significa eRosita?

«eRosita sta per “extended Roentgen Survey with an Imaging Telescope Array”. È un acronimo un po’ complicato, che mescola il tedesco (‘Roentgen’ identifica i raggi X) e l’inglese. La ‘e’ (extended) venne aggiunta per distinguerlo da ‘Rosita’, uno strumento simile (ma più piccolo) progettato all’inizio degli anni Duemila per essere installato sulla Stazione spaziale (per una serie di motivi non se ne fece poi nulla). La storia, in realtà nasce ancora prima: sotto molti punti di vista, eRosita è l’erede di Rosat, la missione guidata da Mpe negli anni ’90 che, tra le altre cose, realizzò la prima mappatura completa del cielo a raggi X “soffici”. Il progetto eRosita nella versione attuale (e definitiva) è nato circa 12 anni fa, come strumento principale a bordo della missione russo-tedesca Spektr-Roentgen Gamma (Srg)».

Compito di eRosita sarà quello di osservare il cielo a raggi X. In particolare, appunto, raggi X “soffici”: quelli fino a 10 keV. Non è il solo: già ci sono Xmm-Newton dell’Esa, Chandra della Nasa e persino un piccolo esperimento bordo della Stazione spaziale internazionale – Nicer – che studiano l’universo a quelle frequenze. Poi ci sarà Athena… Cosa distingue eRosita da queste missioni? 

«Il punto di forza di eRosita è quello di combinare sensibilità simile a quella di Xmm-Newton con un grande campo di vista. Questo permette di ottenere immagini su scala molto grande – ma di qualità molto superiore a quelle di Rosat – in molto meno tempo di quanto Xmm-Newton e Chandra sarebbero in grado di fare, dato che i loro telescopi possono osservare solo una piccolissima porzione di cielo alla volta. È un po’ come la differenza tra un grandangolo e un teleobiettivo. Quanto a Nicer, ha caratteristiche completamente diverse: invece che produrre immagini ad alta risoluzione, è in grado di raccogliere grandi quantità di fotoni X, e quindi di studiare le variazioni temporali e spettrali delle sorgenti più brillanti. Athena, infine, una volta in orbita – negli anni 2030 – combinerà i vari punti di forza di tutti questi esperimenti: alta sensibilità, grande campo di vista, alta risoluzione spettrale e temporale».

eRosita sarà la prima missione per raggi X posta in orbita in L2, il “punto lagrangiano secondo”, a un milione e mezzo di km dalla Terra. Perché questa scelta?

«Il compito principale di eRosita è quello di mappare l’intera volta celeste. Questo viene fatto non con molti puntamenti singoli, ma muovendo il telescopio continuamente – in inglese lo chiamiamo scanning, come lo scanner per i documenti. Per questo tipo di osservazioni, L2 offre il vantaggio di un ambiente “stabile”: il Sole e la Terra si trovano sempre dalla stessa parte rispetto al corpo del telescopio, e quindi possiamo osservare senza interruzioni. Inoltre, mantenendo una configurazione del sistema Sole-satellite costante, speriamo di ridurre al minimo variazioni di temperatura, che potrebbero danneggiare gli strumenti».

Avete numerosi obiettivi scientifici: studiare il mezzo intergalattico, i nuclei galattici attivi, le supernove e le binarie X… Ma dovendo indicare una sola domanda oggi ancora aperta e alla quale eRosita potrà ragionevolmente fornire una risposta, quale sceglierebbe?

«Ogni volta che si progetta una missione scientifica ci si dà di solito un obiettivo chiave, che serve a definire meglio le caratteristiche dello strumento. Per noi questo obiettivo primario è quello di studiare la struttura dell’universo e i parametri cosmologici, in particolare la natura della misteriosa energia oscura. I raggi X “soffici” sono ideali per questo, perché vengono prodotti in grandi quantità dal gas caldo che si concentra negli ammassi di galassie, le strutture più grandi e massicce conosciute nell’universo. Nel modello cosmologico standard, queste grandi strutture si formano nel tempo dall’aggregazione di strutture più piccole. Osservando un numero sufficiente di ammassi – circa 100mila – possiamo ricostruire la loro crescita nel tempo, e in tal modo distinguere tra vari modelli proposti per spiegare la natura dell’energia oscura».

Nel range di energie alle quali è sensibile eRosita c’è anche la riga di emissione a 3.5 keV, che sta attirando l’interesse di molti astrofisici perché potrebbe fornire un indizio sulla natura della materia oscura. È anch’essa tra i vostri obiettivi?

«Quando è nata l’idea di eRosita l’esistenza della possibile riga di emissione a 3.5 keV non era ancora nota. Subito dopo questa scoperta, però, abbiamo fatto un po’ di conti, e ci siamo accorti che, con un po’ di fortuna, con eRosita potremmo essere in grado di misurare meglio le proprietà della materia oscura. Ma questo richiederà tempo e pazienza, perché avremo bisogno di accumulare il debolissimo segnale nel corso di qualche anno. A questo proposito, mi fa piacere dire che la scienziata turco-americana che per prima ha riportato la possibile scoperta della riga di emissione a 3.5 keV, Esra Bulbul, è entrata a far parte del team eRosita a Mpe, con un ruolo di leadership nello studio della cosmologia e degli ammassi di galassie».

Veniamo agli aspetti tecnologici. eRosita avrà sette “moduli specchio”, ciascuno dei quali con 54 “specchi d’oro”. Perché così tanti?

«In realtà i  singoli specchi non sono d’oro, ma di nickel: sono solo ricoperti da un sottile strato d’oro. Quanto al motivo per usarne così tanti, è semplicemente perché maggiore è il numero di specchi, maggiore è la capacità del telescopio di “catturare” i fotoni X. Abbiamo bisogno di un telescopio grande per poter osservare oggetti più deboli e lontani. Gli specchi sono stati montati e calibrati a Mpe, ma mi fa piacere ricordare il fatto che la produzione degli specchi è opera di una ditta italiana di Lecco, la Media Lario, che tiene alta la grande tradizione italiana dell’ottica per strumentazione astronomica a raggi X».

Di fortemente innovativo, dal punto di vista tecnologico, c’è qualcosa?

«Diciamo che eRosita non contiene nessun elemento “rivoluzionario”, ma piuttosto è il risultato di un processo di ottimizzazione e di sviluppo di tecnologie già impiegate in passato: sia gli specchi che i rivelatori sono “figli” dei sistemi in orbita su Xmm-Newton, ai quali il nostro istituto aveva contribuito negli anni ’90. Tutto ciò è stato messo al servizio di un programma specifico – la mappatura di tutto il cielo – e di un obiettivo scientifico preciso: lo studio della struttura a larga scala dell’universo, appunto».

eRosita è uno dei due strumenti (l’altro è Art-Xc, anch’esso un telescopio per le alte energie) che formano Spektr-Rg, missione con due partner: Germania e Russia. Lavorate ciascuno sul proprio strumento – voi del Max Planck su eRosita e i russi su Art-Xc, condividendo solo il satellite – come in un condominio? O c’è una forma di collaborazione più stretta?

«Ovviamente un satellite è un condominio un po’ particolare, e non è possibile condividerlo senza un buon grado di collaborazione tecnica. Gli ingegneri russi e tedeschi hanno lavorato per anni fianco a fianco, per assicurarsi che la convivenza sul “condomino Srg” fosse la migliore possibile. Per quanto riguarda noi scienziati, abbiamo in programma una serie di collaborazioni per l’analisi dei dati di eRosita, a cui sia i russi che i tedeschi avranno accesso. I dati di Art-Xc, invece, saranno solo per i nostri colleghi russi».

Ci sono altri italiani, oltre a lei, nella collaborazione, lì al Max Planck?

«Il team di eRosita, in Germania, comprende circa 150 scienziati. A Garching (Monaco) c’è il gruppo più numeroso, altri si trovano in istituti di ricerca ad Amburgo, Bamberga, Bonn, Monaco, Potsdam e Tubinga. Credo che ci siano in tutto almeno una dozzina di italiani coinvolti, tra studenti di dottorato, postdoc e professori. Tra gli italiani di Garching vorrei citare Mara Salvato, che ricopre un ruolo fondamentale nel nostro team, essendo responsabile del coordinamento con vari programmi osservativi con telescopi ottici e infrarossi. È grazie a queste collaborazioni che saremo in grado di identificare  prima di tutto quali galassie, o quali ammassi di galassie, sono responsabili dell’emissione X, rivelando così la presenza di un buco nero attivo nel loro nucleo o di gas caldo intorno a loro. Con gli stessi dati, poi, misureremo il loro redshift, e quindi potremo aggiungere una terza dimensione – la profondità – alle mappe dell’universo generate dalle nostre osservazioni».

Lancio la settimana prossima – il 21 giugno – dal cosmodromo di Baikonur, in Kazakistan. Ci sarà anche lei?

«No, io sarò a fare gli onori di casa qui a Mpe, a Garching. Abbiamo organizzato un evento per presentare la missione e seguire il lancio dal vivo con tutti i membri del nostro istituto. Se tutto andrà bene, incrociando le dita, apriremo anche qualche bottiglia di Sekt».

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Aggiornamento del 21/06/2019: lancio rimandato al 12 luglio 2019

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