Agli occhi umani, il cielo notturno è un coriandolo di stelle. Potenti telescopi ci mostrano i pianeti remoti e le galassie lontane che le nostre retine non sono in grado di vedere. Ma anche il telescopio spaziale Hubble non può rivelare tutto ciò che è là fuori. Molti oggetti - le stelle frizzanti conosciute come nane brune, per esempio - sono troppo fredde per emettere luce visibile, che rappresenta solo un piccolo frammento dello spettro elettromagnetico. Tuttavia, emettono energia in una forma invisibile: lunghezze d'onda più lunghe conosciute come radiazione infrarossa. Gli oggetti incredibilmente caldi, come le massicce stelle che esplodono chiamate supernova, sprigionano gran parte della loro energia in lunghezze d'onda più brevi che sono anche invisibili: raggi gamma e raggi X.
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Fortunatamente, altri telescopi trasformano questi occhiali in immagini che possiamo capire. Negli anni '90 e nei primi anni 2000, la NASA ha lanciato telescopi spaziali noti come i Grandi Osservatori. Il primo e il più famoso, Hubble, è specializzato nella luce visibile. Strumenti meno noti ma ugualmente vitali si concentrano su diverse lunghezze d'onda.
"L'obiettivo era quello di avere un grande telescopio in ogni parte dello spettro elettromagnetico", afferma Giovanni Fazio, un astrofisico presso il Centro di astrofisica di Harvard-Smithsonian. “Quando guardi l'universo con diverse lunghezze d'onda, ottieni un'immagine completamente diversa. Sono tutti pezzi di un puzzle. "
Il lancio di Hubble nel 1990 è stato seguito da quello di Compton (1991), che ha osservato i raggi gamma, Chandra (1999), che studia i raggi X, e Spitzer (2003), il telescopio a infrarossi. Compton cadde sulla Terra nel 2000, disintegrandosi nell'atmosfera e schiantandosi come previsto nell'Oceano Pacifico. (Un altro telescopio spaziale, Fermi, lo ha sostituito nel 2008.) Ma Spitzer e Chandra sono ancora in piedi - molto in alto - e corrono, svelando i segreti dell'universo e superando le speranze delle persone che hanno contribuito a crearli.
Le immagini dei telescopi di ammiccanti stelle neonate e buchi neri golosi sono composte da falsi colori che gli scienziati assegnano alle diverse lunghezze d'onda rilevate dai telescopi. Oltre ad essere cariche di dati, queste immagini sono semplicemente meravigliose da vedere. Pulsanti di rosa fenicottero, indaco e zafferano, alcuni sono quasi psichedelici - una galassia florida sembra respirare il fuoco - mentre altri ricordano delicate forme naturali: ragnatele, gelo dei vetri delle finestre, ciuffi di fumo. Alcuni hanno una qualità quasi spettrale, in particolare "La mano di Dio", il ritratto di Chandra di una giovane pulsar in cui le dita blu spettrali sembrano accarezzare il cielo.
La maggior parte dei telescopi satellitari, tra cui Hubble, circonda la Terra, ma Spitzer ruota attorno al Sole, trascinandosi dietro la Terra nella sua orbita. Quindi Spitzer non solo evita l'atmosfera terrestre, che oscurerebbe la vista del telescopio, ma evita anche il calore della Terra e della Luna. Una fornitura di elio liquido inizialmente ha raffreddato lo strumento quasi allo zero assoluto - o meno 459 gradi Fahrenheit, la temperatura più bassa possibile - in modo che la radiazione del telescopio non confondesse le letture.
Spitzer osserva le parti più fredde dell'universo. Gli infrarossi sono associati a temperature da meno 450 a più di 6.000 gradi e mentre 6.000 gradi potrebbero non sembrare freddi, gli astronomi sono abituati a registrare corpi in milioni di gradi.
Il telescopio ha rilevato radiazioni provenienti da esopianeti simili a Giove in orbite strette attorno ad altre stelle, e ha individuato nane marroni, che - se ospitano i loro mini sistemi solari, come sospettano alcuni scienziati - potrebbero essere ideali per la messa in scena della vita. Spitzer può anche scrutare attraverso la polvere soffocante nei bracci a spirale delle galassie distanti per vedere dove nascono le stelle. Queste osservazioni possono fornire spunti su come si è formato il nostro sistema solare.
Il potere più sorprendente del telescopio potrebbe essere la sua capacità di vedere l'universo nella sua infanzia. Guardare in profondità nello spazio equivale a guardare indietro nel tempo, spiega Fazio, che ha progettato parte di Spitzer. Con l'espansione dell'universo di 13, 7 miliardi di anni, la luce visibile viene estesa in lunghezze d'onda infrarosse, un fenomeno noto come spostamento verso il rosso. Concentrandosi sulla luce infrarossa, gli scienziati di Spitzer inizialmente speravano di vedere l'universo quando aveva solo due miliardi di anni, ma sono andati molto più indietro nel tempo. "Ora siamo stati in grado di guardare indietro a 700 milioni di anni", ha detto Fazio, o circa 13 miliardi di anni fa. Le osservazioni di Spitzer suggeriscono che le galassie avevano già iniziato a formarsi quando l'universo aveva solo 400-500 milioni di anni, molto prima di quanto teorizzato in precedenza.
Chandra, il telescopio a raggi X, segue un'orbita ellittica attorno alla Terra, volando 200 volte più in alto di Hubble. Chandra è specializzata in fenomeni violenti, come i razzi lanciati da giovani stelle e le esplosioni di supernova. "Quello che ci piace sapere è cosa stava succedendo all'interno della stella appena prima che esplodesse, quali sono i dettagli dell'esplosione stessa e cosa succede dopo l'esplosione", afferma Chandra X- di Harvey Tananbaum, direttore dell'Osservatorio astrofisico di Smithsonian ray Center.
Chandra analizza anche oggetti con campi gravitazionali o magnetici estremi, come stelle di neutroni e buchi neri. Alcuni scienziati si aspettano che Chandra sia cruciale nello studio della materia oscura poco compresa e dell'energia oscura, forze misteriose che rappresentano la maggior parte del materiale nell'universo. Ma il telescopio ha anche rivelato nuove cose su luoghi più familiari: gli anelli di Saturno, si scopre, luccicano con i raggi X.
A volte gli astronomi producono immagini usando i dati di tutti e tre i telescopi. Nel 2009, il trio ha generato una straordinaria visione composita del nucleo della Via Lattea. Hubble ha mostrato innumerevoli stelle, Spitzer ha catturato nuvole di polvere radiante e Chandra ha monitorato le emissioni di raggi X da materiale vicino a un buco nero.
I telescopi non possono durare per sempre. Lo scorso anno Spitzer ha esaurito il refrigerante, anche se alcune parti sono ancora abbastanza fredde per funzionare e il telescopio ha iniziato a spostarsi dalla Terra. "Sarà triste vederlo andare via", dice Fazio. “È stata una parte importante della mia vita negli ultimi 25 anni. Ma stiamo ancora estraendo i dati e trovando nuove cose. ”Nel 2015, Webb, un nuovo telescopio a infrarossi con la capacità di raccogliere oltre 58 volte più luce di Spitzer, è programmato per raccogliere da dove Spitzer lascia.
Chandra funziona ancora bene e gli scienziati si aspettano che lo strumento funzioni per almeno un altro decennio. Alla fine, forse tra un secolo, il telescopio logoro probabilmente scivolerà troppo vicino alla Terra e brucerà nell'atmosfera. Ma abbiamo molte più immagini illuminanti da guardare prima di allora.
Abigail Tucker è lo scrittore dello staff di Smithsonian .
L'Osservatorio a raggi X di Chandra mostrava gas riscaldato dalle esplosioni e da un buco nero. (NASA / CXC / UMass / D. Wand et al.) 
Il centro della nostra galassia della Via Lattea è ancora più mozzafiato se visto come un composto fatto di dati provenienti da tre strumenti spaziali sensibili a diverse lunghezze d'onda. (NASA / CXC / UMass / D. Wand et al.) 
Il telescopio spaziale Spitzer ha raccolto la luce infrarossa e ha rilevato nuvole di polvere. (NASA / JPL-Caltech / SSC / S. Stolovy) 
Il telescopio spaziale Hubble, sintonizzato sul vicino infrarosso, rivelava aree attive di formazione stellare. (NASA / ESA / STScl / D. Wang et al.) 
Per quasi 12 anni, il telescopio spaziale Chandra ha osservato le firme a raggi X di oggetti ad alta energia. La nebulosa "Mano di Dio", lunga 150 anni luce, è formata da gas caldo emesso da una pulsar o una stella di neutroni che ruota rapidamente. (NASA / CXC / SAO / P. Slane, et al.) 
La galassia a spirale NGC 4258 ha due braccia blu spettrali contenenti gas riscaldati da violente onde d'urto, il prodotto di particelle espulse da un buco nero. (NASA / CXC / Università del Maryland / AS Wilson et al.) 
Chandra eccelle nel catturare il caos. Una caratteristica astronomica chiamata Cas A, nella costellazione di Cassiopea, è un'esplosione di detriti che si espande a milioni di miglia all'ora; fu sparato da una supernova che divenne visibile sulla Terra solo circa 300 anni fa. (NASA / CXC / MIT / UMass Amherst MD Stage et al.) 
La Nebulosa M17, la parte più luminosa dell'immagine sopra, è stata documentata dall'astronomo Charles Messier nel 1764. Il telescopio Spitzer, incentrato sulla radiazione infrarossa che emana dalla polvere riscaldata, è in grado di vedere le strutture associate alla nebulosa. (NASA / JPL-Caltech / M. Povich (Penn State University)) 
Sulla base dell'immagine vista a sinistra, gli astronomi pensano che la stella BP Psc abbia cannibalizzato un'altra stella o pianeta mentre si esauriva il carburante, prolungando la sua fase gigante rossa (come si vede nell'illustrazione a destra). (NASA / CXC / RIT / J. Kastner et al., Optical (UCO / Lick / STScl / M. Perrin et al); Illustrazione: NASA / CXC / M. Weiss) 
Un'esplosione ha prodotto la Nebulosa del Granchio, una struttura spettacolare che gli scienziati stanno ancora cercando di capire con l'aiuto dei telescopi Chandra e Spitzer. (NASA / CXC / SAO / F.Seward; Ottico: NASA / ESA / ASU / J.Hester & A.Loll; Infrarossi: NASA / JPL-Caltech / Univ. Minn. / R.Gehrz) 
Sede di oltre 2.200 stelle, la regione RCW 49 è un'area buia e polverosa. Questa immagine è stata scattata a due diverse lunghezze d'onda per evidenziare i gas incandescenti riscaldati. (NASA / JPL-Caltech / E. Churchwell (Università del Wisconsin - Madison)) 
Visto contro il cielo infrarosso, il telescopio Spitzer può scrutare attraverso i bracci a spirale di galassie distanti per vedere dove nascono le stelle. (NASA / JPL-Caltech) 
I raggi X di Chandra rivelano che l'ammasso che circonda la galassia M87 è pieno di gas caldo. (NASA / CXC / KIPAC / N. Werner, E. Million et al.) 
Situato a circa 11.000 anni luce di distanza nella costellazione del Sagittario, il "serpente" (in alto a sinistra) è in realtà una nuvola spessa abbastanza grande da inghiottire dozzine di sistemi solari. (NASA / JPL-Caltech / S. Carey (SSC / Caltech)) 
Questa immagine scattata dal telescopio Spitzer ha catturato questa regione chiamata W5 (6.500 anni luce di distanza), dove è possibile vedere tutte le fasi della creazione della stella. (NASA / JPL-Caltech / L. Allen e X. Koenig (Harvard-Smithsonian CfA)) 
La nebulosa di Orione è un altro punto forte della creazione di stelle; l'ammasso di trapezio, i punti luminosi al centro a destra, sono le stelle più calde della regione. (NASA / JPL-Caltech / J. Stauffer (SSC / Caltech))
