Uno dei 678 moduli che costituiranno lo specchio per raggi X di Athena. Crediti: Esa/cosine Research
Se rompere uno specchio porta sette anni di guai, anche realizzarne uno in modo grossolano può avere brutte conseguenze. Lo sanno bene gli ingegneri del telescopio spaziale Hubble: per porre rimedio a un errore di appena due millesimi di millimetro su uno specchio da quasi due metri e mezzo di diametro, 27 anni fa – era il 2 dicembre 1993 – gli toccò mandare una squadra di sette astronauti a ripararlo in orbita. E potrebbe andare anche peggio. Hubble opera in orbita bassa, a poco più di 500 km dalla Terra. Ma se a risultare difettosi fossero gli specchi di un telescopio operante in L2 – il punto lagrangiano secondo, a un milione e mezzo di km di distanza – nessun intervento riparatorio sarebbe possibile. Ecco dunque che per la missione Athena dell’Agenzia spaziale europea (Esa) – lancio in programma a fine 2032, con destinazione L2 – si è deciso di realizzare un laboratorio interamente dedicato alla calibrazione del suo specchio, in grado di riflettere i raggi X.
Il progetto di questo laboratorio, che si chiama Vert-X, è interamente finanziato dall’Esa, che ha già stanziato i 2.5 milioni di euro necessari a costruire e collaudare le parti più innovative. Sarà costruito in Brianza – a Bosisio Parini (LC), presso la ditta Media Lario, accanto alla facility in cui verranno montati tutti i moduli che costituiscono le ottiche di Athena – da un consorzio d’imprese guidato dall’Istituto nazionale di astrofisica. E proprio in questi giorni, con la firma del contratto avvenuta il 25 novembre scorso da parte dell’Esa e dell’Inaf, hanno avuto inizio i lavori per la realizzazione della parte più delicata: il sistema di misura del laboratorio. Un sistema radicalmente innovativo: il primo in grado di fornire, in uno spazio ridotto, un fascio realmente parallelo di raggi X, come se provenissero da un buco nero distante milioni di anni luce.
«La calibrazione degli specchi è una parte molto importante e delicata del progetto di sviluppo di un telescopio X. Per compiere questo tipo di misure il punto chiave è poter disporre di un fascio di raggi X paralleli», spiega il coordinatore di Vert-X, Alberto Moretti, dell’Inaf di Milano, «in modo tale da simulare il flusso di fotoni provenienti da sorgenti astronomiche. In passato questo lo si otteneva mettendo il telescopio molto lontano. Gli specchi di Sax, Xmm-Newton e Swift sono stati tutti calibrati con una sorgente X posta a circa 120 metri di distanza. Per Chandra è stato costruito un laboratorio ad hoc in cui era possibile porre la sorgente a 500 metri di distanza dagli specchi. Per Athena, la distanza necessaria sarebbe stata addirittura di 800 metri: troppo, se si tiene conto che tra la sorgente e lo specchio è necessario creare il vuoto. Realizzare una facility del genere avrebbe implicato sforzi enormi».
I componenti principali di Vert-X. Crediti: Alberto Moretti/Inaf
Ed è qui che entra in gioco l’escamotage adottato Vert-X: inserire fra la sorgente che emette i raggi X e lo specchio da calibrare un “telescopio al contrario”. Detto altrimenti: porre la sorgente nel fuoco di un altro specchio X. L’idea è concettualmente semplice: se gli specchi riescono a concentrare verso un solo punto i raggi paralleli che arrivano da un remoto buco nero, attraversati in senso opposto potranno compiere l’operazione inversa – ovvero, rendere perfettamente paralleli i raggi emessi dalla sorgente di calibrazione.
«L’idea non è nuova», dice Moretti, «è stata già impiegata, per esempio, per la facility Beatrix, all’Osservatorio Inaf di Merate. Ma per Vert-X c’è un problema ulteriore. Il fascio parallelo che riusciamo a produrre è di appena 6 cm di diametro, dunque molto più piccolo dello specchio da calibrare, che ha un diametro di 2.5 metri. Questo implica che, per coprirne l’intera area, dovremo spostare poco a poco il fascio con un meccanismo di precisione: una tecnica chiamata raster scan».
In tal modo l’intero sistema di calibrazione, invece di richiedere una facility lunga 800 metri, può essere realizzato in un cilindro – la camera a vuoto – da 7 metri di base per 20 di altezza. Con vantaggi tecnici ed economici enormi. La realizzazione vera e propria sarà affidata alle società Eie e Media Lario, con la collaborazione dei due studi di ingegneria Bcv e Gpap, e dovrebbe durare in tutto una ventina di mesi.