ALMA, il telescopio che indaga sull’Universo dalle Ande cilene

Sul monte Chajnantor, nelle Ande cilene, è situato uno dei più avvincenti telescopi esistenti sul nostro pianeta. Si tratta dell’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), una rete di telescopi sviluppata in collaborazione da ESO (European Southern Observatory), NRAO (National Radio Astronomy Observatory) e NAOJ (National Astronomical Observaatory of Japan).

Cos’è ALMA?

ALMA consiste in un telescopio all’avanguardia in grado di analizzare la luce proveniente da alcuni degli oggetti più freddi dell’Universo. La nozione di telescopio millimetrico e sub millimetrico indica che tale sistema è in grado di analizzare lunghezze d’onda di circa un millimetro, dunque fra la luce infrarossa e le onde radio. Per svolgere questi compiti, il telescopio in questione è dotato di ben 66 antenne collocate in diverse posizioni dell’altopiano Chajnantor, con distanza tra le stesse che può arrivare sino a 16 km.

Il design rivoluzionario di ALMA consente di operare in corrispondenza di lunghezze d’onda comprese tra 0.32 e 3.6 millimetri. Si ottengono così sensibilità e risoluzione all’avanguardia, con una visione fino a dieci volte superiore rispetto a quella dell’Hubble Space Telescope. Tra le 66 parabole ne abbiamo 54 dal diametro di 12 metri realizzate in CFRP ed alluminio, e le restanti 12 dal diametro di 7 metri realizzate in acciaio e alluminio. È possibile affermare che ALMA lavora come un interferometro, combinando propriamente i segnali provenienti dalla schiera di antenne, come se fosse un unico telescopio maestoso dalle dimensioni dell’interno array.

Ogni parabola della schiera ha un ruolo simile allo specchio di un telescopio ottico, dunque raccoglie la radiazione proveniente dagli oggetti astronomici distanti e la focalizza su un rivelatore. La particolarità di ALMA sta proprio nella capacità di osservare il cielo attraverso radiazioni di lunghezza d’onda superiore.

La progettazione e la costruzione di strumentazione di questo genere necessita di ottenere delle superfici altamente accurate, con una tolleranza geometrica particolarmente stringente. Per questo motivo le parabole vengono frequentemente controllate con attenzione, e possono essere manovrate e puntate in una certa direzione con una accuratezza angolare di 0.6 secondi d’arco. Per intenderci, la precisione necessaria per distinguere una pallina da golf distante 15 chilometri dall’osservatore.

Gli obiettivi di ALMA

Il telescopio ALMA sarà estremamente utile per analizzare i misteriosi segnali provenienti dall’Universo freddo. Al fine di captare tali radiazioni particolari, è necessario cercare di limitare il forte assorbimento determinato dal vapore acqueo presente nell’atmosfera terrestre. Per tale ragione, il telescopio è stato costruito in un luogo secco e ad alta quota, come l’altopiano di 5000 metri di Chajnantor, il sito dell’osservatorio astronomico terrestre ad altitudine più alta. Infatti, la regione settentrionale del Cile è nota come una delle zone più secche della Terra, rendendola luogo ideale per le osservazioni astronomiche.

ALMA è il telescopio più potente per rilevare radiazioni provenienti da oggetti freddi, quali polveri e gas molecolari. Il telescopio studia gli elementi che costituiscono le stelle, i sistemi planetari, le galassie e la vita stessa. Esso procura agli scienziati dettagliate immagini di stelle e pianeti nati in nuvole di gas, vicino al nostro Sistema Solare.

È in grado di individuare galassie distanti, che si formano ai confini dell’Universo osservabile, che noi vediamo all’incirca come erano dieci miliardi di anni fa. Dunque, ALMA consente agli astronomi di rispondere ad alcune delle domande più complesse riguardanti le origini del nostro Universo.

Le eccezionali scoperte

ALMA è stata inaugurata nel 2013, ma le prime osservazioni scientifiche, effettuate solo con alcune delle 66 antenne odierne, sono iniziate nel 2011. Il telescopio oggi continua a produrre risultati unici e spettacolari, come quelli riportati qui di seguito.

• La rilevazione di dischi protoplanetari che hanno stravolto le precedenti teorie riguardanti la genesi dei pianeti. Nell’immagine seguente è possibile osservare la stella giovane HL Tauri, distante circa 450 anni luce. L’investigazione di questi dischi protoplanetari è essenziale per poter scoprire come la Terra ha preso forma nel Sistema Solare. Infatti, l’osservazione delle prime fasi della formazione di pianeti attorno a HL Tauri può mostrarci come il nostro pianeta poteva apparire più di quattro miliardi di anni fa, in corrispondenza della sua nascita.

• Osservazioni di fenomeni noti come gli anelli di Einstein, utilizzando peraltro un livello di risoluzione non ottenibile con il telescopio spaziale Hubble. La Long Baseline Campaign di ALMA ha prodotto alcune osservazioni sorprendenti e ha raccolto informazioni senza precedenti riguardanti gli abitanti dell’Universo vicino e lontano. Le osservazioni fatte alla fine del 2014 hanno puntato una galassia lontana nota come SDP.81. La luce proveniente da questa galassia è vittima di un effetto cosmico noto come lente gravitazionale. Una grande galassia situata tra l’SDP.81 e ALMA agisce proprio come una lente, deformando e ingrandendo la vista di una galassia più lontana. Si ottiene così il fenomeno noto come Anello di Einstein, il quale aveva previsto tale tipo di manifestazione all’interno della teoria della relatività generale.

• La rilevazione di molecole organiche complesse, molecole a base di carbonio, e strutture prebiotiche. ALMA è dunque in grado di rilevare la presenza di molecole necessarie per la vita anche a distanze elevatissime, in dischi protoplanetari lontani. Ciò confermerebbe che il Sistema Solare non è l’unico a possedere le condizioni adatte a ospitare la vita. Le nuove osservazioni di ALMA rivelano che il disco protoplanetario che circonda la giovane stella MWC480 contiene grandi quantità di cianuro di metile (CH3CN), una molecola complessa a base di carbonio. C’è abbastanza cianuro di metile intorno a MWC 480 per riempire tutti gli oceani della Terra. Anche l’acido cianidrico (HCN) è stato rilevato nelle fredde zone esterne del disco formatosi, in una regione che gli astronomi ritengono analoga alla fascia di Kuiper. Tali molecole rilevate da ALMA risultano essere molto più abbondanti di quelle che si troverebbero nelle nubi interstellari. Ciò dice agli astronomi che i dischi protoplanetari sono molto efficienti nel formare molecole organiche complesse e che sono in grado di formarle su scale temporali brevi.