Roman Space Telescope, una camera con vista sull’universo

“Una finestra panoramica sull'universo”. Definisce così il telescopio spaziale Nancy Grace Roman Adriano Fontana, Dirigente di Ricerca dell’INAF- Osservatorio Astronomico di Roma e Presidente del Large Binocular Telescope di Tucson in Arizona. “Una grande finestra dalla quale potremo vedere un panorama molto vario e abbracciarlo con un unico sguardo tutto quanto”. Dell’importanza di questo strumento ha parlato anche Donald Trump durante la sua visita di qualche giorno fa al quartier generale della NASA a Houston, in Texas, ricordando la rilevanza della missione e invitando i media a dare spazio alla notizia del lancio. Partiamo allora dalla donna che al telescopio ha dato il suo nome: l’astronoma Nancy Grace Roman conosciuta anche come “la madre di Hubble” altro strumento che ha segnato la storia in questo campo. Sul sito della Nasa, nelle pagine a lei dedicate, leggiamo che fu la prima donna con un incarico di peso all’interno dell’Agenzia spaziale americana. “Fin dall’inizio mi sono sentita dire che le donne non potevano fare le scienziate – raccontava spesso - Se non fossi stata testarda mi avrebbero convinto a desistere”. “Nancy Roman – spiega Adriano Fontana - è stata una delle prime e più importanti astronome americane ed è stata un esempio di eccellenza scientifica, ma anche della difficoltà con cui all'epoca le donne riuscivano a farsi strada nel mondo scientifico, che non era certamente aperto , al contributo femminile; quindi è molto importante, secondo me, che venga ricordata in questo modo”. Lei è fra i principali studiosi della nascita delle prime stelle e galassie, oltre che un appassionato divulgatore scientifico. Ci aiuta a capire le particolarità del telescopio spaziale Roman: cosa lo rende uno strumento così innovativo? “Questo è un telescopio che ha l'obiettivo di osservare delle grandi zone di cielo. A differenza di altri, come ad esempio è stata la prospettiva del telescopio spaziale Hubble o quella del James Webb, che osservano molto in dettaglio e con tanti strumenti delle zone di cielo molto piccole o degli oggetti singoli, Roman è un telescopio dotato sostanzialmente di un solo strumento, con un’eccezione che poi spiegherò. Si tratta di una camera che fa delle immagini che noi chiamiamo a grande campo: in una sola immagine prende un'area che è circa come quella che noi vediamo a occhio nudo della luna intera, quando è piena. Quindi si tratta di una immagine molto grande, circa cento volte per intenderci quella ottenuta da Hubble, cosa che ci consente di osservare grandi zone di cielo, o molte stelle della nostra galassia in un’immagine sola, o grandi porzioni dell'universo al di fuori della nostra galassia. Si tratta del telescopio spaziale più grande che sia mai stato realizzato con questo tipo di approccio. Ne esiste un altro, il telescopio europeo Euclid dell’ESA, che ha un concetto molto simile e fa lo stesso tipo di osservazioni, però è un po’ più piccolo e funziona in una maniera completamente diversa. La differenza principale consiste nel fatto che Roman è un vero e proprio osservatorio, cioè è aperto a tutta la comunità scientifica internazionale per eseguire le osservazioni di volta in volta proposte dagli astronomi, e che serviranno a molte cose. Si farà una mappa di alcune zone della nostra galassia, in particolare quelle cosiddette di alone; quindi, non solo del centro ma anche della periferia, e si osserveranno anche grandi zone di cielo al di fuori della nostra galassia, in particolare per cercare di capire meglio il mistero della materia oscura e dell'energia oscura, come si sono andate evolvendo e come sono cambiate nel tempo. Il telescopio europeo Euclid, invece, è nato sin dall'inizio con l'idea di fare una specie di esperimento, quando è stato lanciato c'era già un piano di osservazioni completo per tutti gli anni previsti di missione: farà la mappa di tutto il cielo che si può osservare dove non c'è la nostra galassia, ovvero di tutte quelle le zone che non sono nascoste da essa, e per fare questa mappa completa impiegherà cinque anni, mentre Roman farà osservazioni di grandi zone di cielo, ma non di tutto il cielo che possiamo osservare. Possiamo affermare che la grande innovazione del telescopio Roman sarà la ricerca dell’inaspettato? Sicuramente sì, cercherà l'inaspettato. È un'arma che noi potremo usare, negli anni a venire, per seguire nuove idee, nuove strade, nuove linee di esplorazione che finora non abbiamo percorso. Possiamo dire che è come un coltellino svizzero, con il quale saremo in grado di aprire molti misteri diversi. Anche la storia che c’è dietro il telescopio merita di essere raccontata. All'inizio degli anni Duemila si cominciava a pensare a cosa fare dopo Hubble: da una parte si stava lavorando al James Webb Space Telescope, ma all'interno della comunità americana c’era l'idea di costruire un telescopio per osservare delle grandi aree di cielo. Senonché un giorno un ente statunitense che si chiama NRC e che sviluppa satelliti per applicazioni militari, informò a sorpresa la NASA del fatto che aveva costruito due telescopi sostanzialmente analoghi ad Hubble ma che non intendeva più usarli, e chiese all’Agenzia spaziale americana se fosse interessata. La NASA accettò il regalo dei militari, ne prese uno e lo sviluppò seguendo questa idea originale; quindi, le dimensioni di Roman sono le stesse di Hubble, a cui in un certo senso si ispira. Due caratteristiche di questo telescopio e della sua capacità di osservazione saranno velocità e profondità. Perché? Velocità perché, osservando ogni volta in una sola immagine una zona grande come la Luna, si potranno realizzare queste mappe del cielo molto rapidamente, combinando dei mosaici di tante immagini diverse. Questo permette ad esempio di ripassare nelle stesse zone del cielo ogni pochi giorni, pur coprendo delle aree molto grandi, e di studiare tutto quello che cambia nell'universo, quindi stelle che esplodono e qualunque altro fenomeno transitorio che accade nel frattempo. Con il termine profondità intendiamo invece il fatto che riusciamo a vedere oggetti molto deboli e quindi potenzialmente molto lontani. Siccome il telescopio è più grande di Euclid, per questo tipo di applicazioni si riesce ad andare più nel profondo. In un certo senso i due si compensano a vicenda: Euclid fa tutto il cielo mentre Roman copre delle aree non così grandi, ma più profonde. Quali misteri potrà aiutarci a risolvere questo telescopio? Uno è quello relativo alla natura dell'energia e della materia oscura, che sono in realtà due facce dello stesso problema: noi abbiamo molte prove che ci siano questi due elementi misteriosi ma non abbiamo idee specifiche sulla loro natura e abbiamo bisogno di osservazioni migliori per caratterizzarle e per capire quale delle varie spiegazioni si avvicina ad essere quella giusta. Sicuramente le osservazioni di Roman saranno molto importanti per migliorare, diciamo, le nostre informazioni a riguardo. La seconda cosa è la possibilità di vedere oggetti che cambiano, una frontiera che si sta sviluppando molto in questi anni, e una delle sue componenti è lo studio dei fenomeni che creano le onde gravitazionali, che poi vengono indagate da telescopi come Virgo e LIGO. La terza cosa è cercare di ricostruire non solo la storia della nostra Via Lattea osservando le varie stelle, ma anche di studiare i pianeti, perché il telescopio Roman, appunto, osservando continuamente milioni di stelle, potrà vedere le piccole variazioni che sono dovute ai pianeti di queste stelle che magari passano davanti diminuendo leggermente la loro luminosità, e potremo farlo in regioni dove altrimenti non potremmo svolgere queste osservazioni. Roman riuscirà a regalarci qualche scoperta in più anche per quanto riguarda gli esopianeti e altre possibili forme di vita? Roman osserverà milioni di stelle per un lungo periodo e la scoperta di esopianeti sarà uno dei filoni principali. Capire se su questi esopianeti ci sono specie viventi non potrà farlo direttamente, però potrà aiutarci a individuare quelli più promettenti in questo senso, che potremo poi studiare nel dettaglio con altri telescopi. Questo mi dà l'occasione di parlare dell’eccezione che menzionavo all’inizio. Sul telescopio Roman, oltre a questa camera che fa grandi immagini, è stato installato anche un coronografo che serve proprio alla ricerca dei singoli esopianeti. È uno strumento particolare, che permette di studiare una stella eliminando la sua luce e lasciando solamente quella, molto più debole, dei pianeti che le girano intorno. In un certo senso è un esperimento, perché si tratta di uno strumento che non è mai stato sviluppato e montato in questo modo su un telescopio spaziale. È una prova che se dovesse dimostrare che questo tipo di strumenti funzionano bene sarà cruciale, perché il prossimo grande telescopio spaziale, che già si comincia a immaginare, vogliamo costruirlo proprio intorno a questa tecnologia dei coronografi. Quindi Roman è anche il dimostratore di una tecnologia che potrebbe trasformare lo studio degli esopianeti nei prossimi vent'anni. Quanto ci vorrà per avere i primi dati e poi con che velocità poi arriveranno una volta che questo telescopio sarà operativo? I dati arriveranno presto, è una questione di pochi mesi. Naturalmente il flusso sarà molto grande proprio perché ogni immagine è composta da molte decine di milioni di pixel. Dopo il lancio, vado a memoria, ma credo che ci voglia circa un mese ora che il telescopio arrivi in posizione di funzionamento e quindi mi aspetto le prime immagini nel giro di pochissimi mesi. Anche il luogo in cui sarà posizionato Roman è importante in questa storia... Roman è uno dei telescopi che vengono parcheggiati in una zona dello spazio che si chiama L2, lontana dalla terra un milione e mezzo di chilometri, molto oltre la distanza stessa della Luna. È una posizione nella quale il telescopio, diciamo così, gira intorno al Sole insieme alla Terra e questo gli permette di essere in un ambiente molto stabile, non è disturbato dalla presenza della Terra stessa, e da lì può osservare l’universo in relativa tranquillità, senza interferenze. È una zona che comincia a essere affollata, ci sono già diversi telescopi posizionati lì, tra cui il James Webb e anche Euclid, perché possono lavorare ininterrottamente senza le complicazioni dei telescopi che devono girare in orbita intorno alla Terra. In epoca di tagli pesanti, anche alla NASA, il fatto che le tempistiche di questa missione siano state ridotte e che questo telescopio venga lanciato con mesi di anticipo sulla tabella di marcia cosa significa? È un segnale importante, sicuramente con il telescopio James Webb abbiamo imparato la lezione. In quel caso ci sono voluti forse quindici anni e molti milioni di dollari in più di quanto era previsto inizialmente; un’esperienza che ha portato a ridefinire il modo in cui vengono pensate, concepite e sviluppate le missioni scientifiche. Una cosa importante, perché il progetto del James Webb è andato molto vicino dall’essere cancellato in diverse occasioni, pur essendo in tempi decisamente più favorevoli. Oggi una situazione del genere non sarebbe tollerata; quindi, è molto positivo il fatto che siamo rimasti nel budget e nei tempi previsti. C’è ancora qualcosa di importante da sottolineare? Mi piace ricordare che tra i cinque programmi scientifici che sono stati approvati per le prime osservazioni del Nancy Grace Roman Space Telescope, perché abbiamo già fatto proposte e le più meritevoli sono state selezionate, uno è a guida italiana. Il responsabile di questo progetto si chiama Luigi R. Bedin ed è un collega ricercatore dell’Inaf presso l’Osservatorio astronomico di Padova; quindi, i dati arriveranno anche in Italia e i nostri astronomi sono in prima fila per lavorarci.

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Marta Meli