PANORAMICA DI XMM-NEWTON

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Missione

Impressione dell’artista di XMM-Newton

Obiettivo
Aumentando la nostra conoscenza di oggetti molto caldi creati quando l’Universo era molto giovane, XMM-Newton aiuterà a risolvere molti misteri, dai buchi neri alla formazione delle galassie.

Stato
in funzione

La missione
XMM-Newton sta rilevando più sorgenti di raggi X rispetto a qualsiasi altro satellite precedente e sta aiutando a risolvere molti misteri cosmici dell’Universo violento, da ciò che accade dentro e attorno ai buchi neri alla formazione di galassie nell’Universo primordiale. È progettato e realizzato per restituire i dati per almeno un decennio.

È il più grande satellite scientifico mai costruito in Europa. I suoi specchi telescopici sono i più sensibili mai sviluppati al mondo, e con i suoi rivelatori sensibili, vede molto più di qualsiasi altro satellite a raggi X.

Il design ad alta tecnologia di XMM-Newton utilizza oltre 170 specchi cilindrici sottilissimi sparsi su tre telescopi. La sua orbita prende quasi un terzo della strada verso la Luna, in modo che gli astronomi possano godere di lunghe vedute ininterrotte di oggetti celesti.

Cos’è speciale?

XMM-Newton è stato in grado di misurare per la prima volta l’influenza del campo gravitazionale di una stella di neutroni sulla luce che emette. Questa misura fornisce una visione molto migliore di questi oggetti.

Le stelle di neutroni sono tra gli oggetti più densi dell’universo: un pezzo di una stella di neutroni di un cubo zuccherino peserebbe più di mille milioni di tonnellate. Le stelle di neutroni sono i resti di stelle pesanti che terminano la loro vita in un’esplosione di supernova. In tali eventi catastrofici, la maggior parte della materia stellare viene espulsa nello spazio (per diventare infine i blocchi di costruzione di tutta la materia nell’Universo, incluso noi stessi). Parte di ciò che rimane poi collassa sotto la sua stessa gravità.

Gli scienziati ritengono che, in una stella di neutroni, la densità e le temperature siano simili a quelle esistenti una frazione di secondo dopo il Big Bang quando la zuppa primordiale della materia nell’Universo è stata “spezzata” nei suoi costituenti più fondamentali. Assumono che quando la materia è strettamente imballata come in una stella di neutroni, subisce importanti cambiamenti. Protoni, elettroni e neutroni – i componenti degli atomi – si fondono insieme. È possibile che anche gli elementi costitutivi di protoni e neutroni, i cosiddetti quark, vengano schiacciati insieme.

Gli scienziati hanno trascorso gli ultimi decenni cercando di identificare la natura della materia nelle stelle di neutroni. Per fare questo, hanno bisogno di conoscere alcuni parametri importanti, in modo molto preciso. Se conosci la massa e il raggio di una stella, o la relazione tra di essi, puoi ottenere la sua densità. Tuttavia, nessuno strumento è stato sufficientemente avanzato per eseguire le misurazioni necessarie, fino ad ora. Grazie all’osservatorio XMM-Newton dell’ESA, gli astronomi sono stati in grado di ottenere il rapporto massa-raggio di una stella di neutroni per la prima volta e acquisire i primi indizi sulla sua composizione. Questi indizi suggeriscono che le stelle di neutroni contengono materia normale, non esotica, sebbene non siano conclusive. Gli scienziati dicono che questo è un “primo passo chiave” e che continueranno la ricerca.

Questa misura è stata una prima osservazione astronomica ed è considerata un risultato enorme. Il metodo consiste nel determinare la compattezza della stella di neutroni in modo indiretto. L’attrazione gravitazionale di una stella di neutroni è immensa – migliaia di volte più forte di quella della Terra. Ciò fa perdere energia alla luce emessa dalla stella di neutroni. Questa perdita di energia è chiamata “redshift” gravitazionale. La misurazione di questo redshift di XMM-Newton indicava la forza dell’attrazione gravitazionale e rivelava la compattezza della stella.

Navicella spaziale

Il nome di XMM-Newton deriva dal design dei suoi specchi, i Multi-Mirrors a raggi X altamente nidificati. Questi stanno consentendo agli astronomi di scoprire più sorgenti di raggi X rispetto a qualsiasi osservatorio spaziale precedente. In un giorno, XMM-Newton vede più fonti in una piccola area rispetto a uno dei primi satelliti a raggi X che UHURU ha trovato in tutto il cielo durante i suoi tre anni di attività.

Tuttavia, il programma ha anche un nome più formale: la missione di spettroscopia a raggi X ad alto rendimento. La spettroscopia, la diffusione della luce in uno spettro, consente agli astronomi di misurare la composizione di una fonte. Allo stesso modo il colore di una lampada indica quale gas viene utilizzato nell’illuminazione stradale, i tre strumenti scientifici a bordo XMM-Newton riveleranno i segreti più profondi di una fonte, la sua composizione chimica, la temperatura e persino la velocità della sorgente.

XMM-Newton può cambiare il proprio orientamento in modo estremamente preciso usando due serie di quattro piccoli propulsori che utilizzano il gas idrazina e quattro ruote del momento montate sul veicolo spaziale sono il mezzo principale per controllarne l’assetto. Si basa sul sistema che in precedenza svolgeva la missione ISO e ora è anche in uso nella missione Integrale.

Viaggio

XMM-Newton, nella sua orbita di 48 ore, viaggia a circa un terzo della distanza dalla Luna. All’apogeo (il punto più lontano) di 114 000 chilometri di distanza dalla Terra, il satellite viaggia molto lentamente. Al perigeo (punto più vicino) passa 7000 chilometri sopra la Terra molto più velocemente a 24 120 chilometri all’ora. L’orbita molto eccentrica di XMM-Newton è stata scelta in modo tale che i suoi strumenti possano funzionare al di fuori delle cinture di radiazione che circondano la Terra.

L’orientamento di un satellite nello spazio è cruciale, sia per le telecomunicazioni, l’osservazione della Terra o per le missioni di astronomia. XMM-Newton si rivolge a fonti di raggi X distanti per lunghi periodi (spesso più di dieci ore) e uno dei requisiti chiave del satellite è la sua precisione e stabilità di puntamento molto elevate.

Mentre orbita attorno alla Terra nella sua orbita altamente ellittica, XMM-Newton viene sterzato per puntare il suo telescopio verso obiettivi scelti dagli astronomi. Il satellite da 3,8 tonnellate gira lentamente verso questi oggetti celesti ad una velocità di 90 gradi all’ora.

La precisione di puntamento del XMM-Newton lungo 10 metri è 0,25 arcsec su un intervallo di 10 secondi. Questo è l’equivalente di vedere un melone da una distanza di 300 chilometri, usando un telescopio portatile e vedendolo senza il minimo tremolio!

Storia

Prima della fine degli anni ’70, erano state rilevate solo quattro galassie che emettevano raggi X: la Via Lattea, l’M31 e le Nubi di Magellano. Basandosi su precedenti lavori sul campo, l’Osservatorio a raggi X dell’ESA, Exosat, è stato lanciato nel maggio 1983. È stato attivo fino all’aprile 1986, quando aveva effettuato 1780 osservazioni a raggi X.

Nel 1982 fu proposta una missione di astronomia “X-ray Multi-Mirror”. Nel 1984, un gruppo di scienziati europei ha sviluppato il piano a lungo termine “Horizon 2000” per il programma scientifico dell’ESA. L’idea era di ottenere un aumento del 50% del budget annuale della scienza per i successivi cinque anni. Al centro di questo piano c’era il concetto di quattro “Cornerstones”: missioni su larga scala i cui obiettivi scientifici sarebbero raggiungibili. La seconda pietra angolare doveva essere una missione di “Spettroscopia a raggi X ad alto rendimento” o XMM con un altro nome.

Un serio lavoro su XMM è iniziato nel 1985 con l’istituzione di un certo numero di gruppi di lavoro. La configurazione generale è stata sviluppata nel 1987, assomigliando molto a XMM come lo conosciamo oggi. Dopo l’esperienza con Exosat, che ha dimostrato il valore di un’orbita altamente eccentrica per lunghe osservazioni ininterrotte di sorgenti di raggi X, XMM doveva essere posizionato in un’orbita di 48 ore utilizzando il lanciatore Ariane 4. Il carico utile ora comprendeva solo quattro sistemi di specchi a raggi X. Tuttavia è stata aggiunta una caratteristica molto importante – il monitor ottico – uno strumento per consentire l’osservazione simultanea del campo visivo dei telescopi a raggi X nelle bande UV e visibili. Questa è stata una lezione appresa dall’operazione e dallo sfruttamento di Exosat.

L’ESA ha approvato la missione in questa forma nel giugno 1998. Un anno dopo è iniziata la selezione degli strumenti e il lungo programma di sviluppo dell’hardware. L’indagine Survey Science Center è stata selezionata dall’ESA nel 1995 per sviluppare l’elaborazione dei dati XMM.

XMM-Newton è stato lanciato alla fine del 1999.

partnership

Gli strumenti sono stati ideati e costruiti da istituti scientifici europei, e ciascuno di essi è gestito da un investigatore principale (PI), a capo di gruppi di scienziati e ingegneri di diversi paesi. Supervisionare la scienza dell’intera missione è lo scienziato del progetto XMM-Newton dell’ESA.

Ultimo aggiornamento: 4 giugno 2013

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