19 agosto 1999, Centro osservatorio a raggi X Chandra di Smithsonian a Cambridge, Massachusetts: una grande sala piena di computer, apparecchiature di monitoraggio e scienziati ansiosi. Erano ansiosi perché dopo molti anni di duro lavoro, dopo due lanci scrub e un quasi interruzione, dopo sette lanci lanciarazzi lanciando il delicato macchinario in questo modo e che, il loro telescopio a raggi X era finalmente in orbita e stava per aprirsi per attività commerciale.
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"Era una vera scena", ha ricordato Leon van Speybroeck, uno degli uomini che l'hanno messo lì. “Il lancio è stato sulla navetta spaziale Columbia, portando il suo più grande carico utile di sempre. Ora, un mese dopo, eravamo pronti. Quindi, abbiamo inviato i comandi del computer e abbiamo aspettato. Sorprendentemente, a 80.000 miglia di distanza, il nostro dispositivo pirotecnico è esploso: era come un petardo M-80. Aprì la porta da 120 libbre del veicolo spaziale, proprio come previsto. "
I raggi x cosmici brillarono per la prima volta sui delicati specchi del prezioso telescopio. Gli scienziati sono tornati sulla Terra per monitorare l'evento, si sono tolti le cuffie e si sono precipitati nella sala di imaging. Per 45 lunghi minuti tutti hanno aspettato di vedere se avrebbero ottenuto un'immagine dal telescopio o se l'intero progetto sarebbe finito con "un secchio di vetri rotti", come ha detto van Speybroeck.
Quindi, nella classica tomba monotona dell'era spaziale, uno scienziato ha annunciato: "Stiamo ottenendo i fotoni".
Prima solo un punto sullo schermo - i fotoni sono minuscole unità di luce - poi un altro e un altro. A poco a poco emerse un'immagine di una galassia lontana.
Più di 23 anni fa, principalmente all'Osservatorio Astrofisico Smithsonian di Cambridge, che fa parte del Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, e chiamato per il compianto premio Nobel Subrahmanyan Chandrasekhar, le prime immagini del telescopio Chandra hanno stupito i sofisticati osservatori spaziali.
La prima immagine ufficiale di Chandra mostra le conseguenze di una vasta esplosione stellare in Cassiopea A, un residuo di supernova distante 10.000 anni luce, con una tale chiarezza che una stella di neutroni o un buco nero sembrano essere visibili al centro.
"Vediamo la collisione dei detriti dalla stella esplosa con la materia circostante", ha detto il direttore centrale Harvey Tananbaum, descrivendo l'immagine. "Vediamo onde d'urto che si infrangono nello spazio interstellare a milioni di miglia all'ora e per la prima volta un punto luminoso vicino al centro del residuo che potrebbe essere una stella crollata."
Un'altra prima immagine a raggi X che attesta il potere e il potenziale di Chandra proveniva da un quasar a sei miliardi di anni luce di distanza. Soprannominato PKS 0637-752 dagli scienziati, si irradia con la potenza di dieci trilioni di soli. A complemento del telescopio spaziale Hubble, un altro osservatorio spaziale che orbita attorno alla Terra, Chandra dovrebbe consentire agli scienziati di analizzare alcuni dei grandi misteri dell'universo. Da più di un anno ormai, il telescopio a raggi X trasmette un flusso di immagini che hanno entusiasmato e sfidato la comunità scientifica.
Ad esempio, l'osservazione di Chandra sul Sagittario A *, una fonte di onde radio nel cuore della Via Lattea che gli scienziati ipotizzano sia alimentata da un buco nero 2, 6 milioni di volte la massa del nostro sole, ha suscitato scalpore lo scorso inverno. Con la straordinaria rilevazione di una sorgente di raggi X da Sag A *, gli astronomi sono più vicini che mai a chiarire il mistero del buco nero supermassiccio.
Le immagini ad alta risoluzione di Chandra ci daranno sicuramente nuove intuizioni sui buchi neri, che sono entità spaziali così dense che nulla di ciò che si avventura nelle vicinanze può sfuggire alla loro gravità, nemmeno la luce. La capacità di Chandra di esaminare le particelle fino all'ultimo millisecondo prima che vengano risucchiate alla vista consentirà agli astronomi di studiare la teoria della gravità nelle condizioni più estreme.
Il Chandra X-ray Center di Smithsonian gestisce l'osservatorio spaziale sotto contratto con il Marshall Space Flight Center della NASA in Alabama. Durante la mia visita al centro Smithsonian di Cambridge, avevo bisogno di molto aiuto. (Ho una laurea in fisica nella scuola di preparazione.) Wallace Tucker, astrofisico e portavoce di Chandra, è stato in grado di parlarmi il più possibile.
I raggi X si trovano all'estremità corta dello spettro delle onde luminose. I telescopi ottici possono gestire stelle che irradiano decine di migliaia di gradi di calore, ma i telescopi a raggi X ( Smithsonian, luglio 1998) possono osservare oggetti gassosi fino a diverse centinaia di milioni di gradi.
Un'onda con un'energia così incredibilmente alta è estremamente difficile da focalizzare o dirigere. Se ci metti davanti un telescopio convenzionale, l'onda viene semplicemente assorbita.
Ma, ho interrotto, per quanto riguarda le mie radiografie in ospedale? Ah, rispose Tucker, quelle foto sono solo ombre. Essendo le ossa più dense della carne, creano un'ombra più profonda mentre i raggi X attraversano tutto il tuo corpo.
"Inoltre", ha aggiunto, "stiamo parlando di distanze molto più lunghe e immagini più fini. Come guardare un centesimo da quattro miglia di distanza. "
La soluzione per dirigere le onde era progettare uno specchio che riflettesse i raggi ad un angolo estremamente superficiale in modo che rimbalzassero, come saltare pietre sull'acqua, invece di essere assorbiti. Quindi potrebbero essere indirizzati su un rivelatore elettronico, memorizzati e successivamente trasmessi al centro di Chandra.
Mentre gli specchi del telescopio ottico sono piatti che focalizzano i deboli raggi dallo spazio, gli specchi di Chandra sono a forma di botte. Quattro paia di loro sono nidificate come bambole russe per fornire un'area più ampia ai raggi X da colpire.
Non era una nuova idea. Hans Wolter fece il lavoro di progettazione di base, un'invenzione geometrica su carta, in Germania nel 1952. Negli anni '70 Riccardo Giacconi adattò con successo il principio all'astronomia dei raggi X. Giacconi passò ad altre conquiste negli anni '80, in particolare per dirigere i lavori sul telescopio spaziale Hubble, ma la sua squadra proseguì qui. Naturalmente un gran numero di persone brillanti ha creato Chandra, ma non credo che sia troppo dire che la persona responsabile degli specchi unici, il grande esperto del mondo sul loro design, sia Leon van Speybroeck, ufficialmente lo scienziato telescopio di Chandra, diplomato al MIT di Wichita, Kansas, che è stato con lo Smithsonian dai primi anni '70.
"Giacconi ha avuto l'idea negli anni '60", ha osservato Tucker, "ma la NASA era scettica. Gli specchi Chandra rappresentano un punto culminante della carriera di Leon. ”Stiamo parlando di uno specchio così liscio che se fosse lo stato del Colorado, Pikes Peak sarebbe alto meno di un pollice. Stiamo parlando di scorrevolezza all'interno di pochi atomi, scorrevolezza che è praticamente matematica nella sua perfezione. Gli specchi hanno un diametro da due a quattro piedi, lunghi quasi tre piedi e pesano più di una tonnellata.
"Hanno dovuto creare strutture speciali solo per costruire questi specchi", mi ha detto Tucker. “Hanno perquisito il mondo alla ricerca di polveri da macinazione. Finalmente un ragazzo del Tennessee ha sviluppato un composto di ossido di cerio che è stato miscelato con un estratto di linfa dell'albero dalla Svizzera. "
E delicato: toccare la superficie e il grasso dalla punta delle dita potrebbe rovinarlo. Immagina non solo di costruire questi specchi, ma di farli fissare esattamente in linea, e così fermamente che lo shock di essere scagliato nello spazio non li farebbe perdere un pelo.
Ho studiato una fotografia a colori di Cassiopea A, ed è stato difficile mettere in relazione l'immagine con i primi punti apparsi sulla lastra. Costruire il ritratto è un processo laborioso, la massima arte puntinista.
"Rileviamo i fotoni uno alla volta e teniamo traccia di quando sono stati trovati, dove e quanta energia c'era in loro", mi ha detto Tucker.
E la fotocamera che registra questi luoghi meravigliosi? Ce ne sono due, uno ad alta risoluzione, progettato dagli scienziati Smithsonian, con 69 milioni di tubi di vetro in una griglia per determinare la posizione esatta e il tempo di arrivo di ciascun raggio x, e uno spettrometro per immagini, una speciale fotocamera digitale simile a dieci I chip sensibili ai raggi x contengono un milione di pixel ciascuno per registrare la posizione e l'energia dei raggi. Due speciali dispositivi di schermatura disperdono i raggi in un arcobaleno ad alta energia, come uno spettroscopio con migliaia di colori distinti, per consentire lo studio della chimica della loro fonte celeste.
"Le stazioni della NASA Deep Space Network in Australia, Spagna e California ci inviano i dati", ha continuato Tucker. “E restituiamo informazioni dicendo dove vogliamo che Chandra guardi dopo, ogni 72 ore circa. Gli obiettivi vengono selezionati mediante un processo di revisione tra pari. "
L'osservatorio volante viaggia per quasi un terzo della via verso la luna in un'orbita ellittica che oscilla tra le 6000 e le 86.400 miglia mentre orbita attorno alla Terra ogni 64 ore. In media la sua orbita è 200 volte superiore a quella del telescopio Hubble.
Ci sono stati altri telescopi a raggi X, ma Chandra può vedere oggetti 20 volte più deboli di qualsiasi cosa essi possano rilevare.
Il potere risolutivo di Chandra è di 0, 5 secondi d'arco, il che significa che potrebbe leggere le lettere di un segnale di stop a 12 miglia di distanza. O un titolo di giornale alto un centimetro a una distanza di mezzo miglio. D'altra parte, può osservare i raggi x nelle nuvole di gas così larghi che ci vogliono cinque milioni di anni di luce per attraversarli. E può studiare i quasar la cui luce ha impiegato dieci miliardi di anni per arrivare a noi, in modo che stiamo vedendo tanti anni nel passato. Adoro le statistiche.
Come afferma Edward Weiler, uno dei maggiori amministratori della NASA: “La storia ci insegna che ogni volta che sviluppi un telescopio dieci volte meglio di quanto accadeva prima, rivoluzionerai l'astronomia. Chandra è pronta a fare proprio questo. "
