Introduzione alla Radioastronomia

Da parecchi anni oramai l'astronomia ha iniziato a far parte della mia quotidianità, inizialmente con osservazioni limitate ad un piccolo binocolo e via via sempre più profonde grazie a strumenti più grandi e a tecnologie più moderne. Vivo nella pianura trevigiana sorvegliata dal massiccio del Grappa, e proprio su questa montagna eseguo le mie sistematiche osservazioni astronomiche, lontano il più possibile dalle interferenze luminose dei nostri paesi. Da qualche anno mi occupo a livello amatoriale di riprese digitali dello spazio profondo a lunghezze d'onda comprese dall'ultravioletto al vicino infrarosso, immagini che catalogo e rendo disponibili per essere visionate al sito internet che gestisco www.astromanu.it. Solo di recente ho invece iniziato a far parte del gruppo che si occupa delle onde più lunghe: i radioamatori. Sebbene radioamatori ed astrofili operino generalmente su due finestre di ascolto ben distinte, è già da qualche decennio che i professionisti agiscono invece in simbiosi, unendo forze e tecniche per andare oltre a quelli che sono i limiti attuali nelle osservazioni.

Ma perché si è resa necessaria la fusione fra materie di studio quali l'astronomia e il radioascolto? Nasce con questa domanda la riflessione che ci porterà ad addentrarci fra gli aspetti più profondi e sconosciuti della nostra esistenza, ma anche all'impiego di tecniche moderne e all'avanguardia per quel che concerne l'utilizzo di antenne atte a captare segnali tanto deboli da confondersi con il normale rumore di fondo.

Fu proprio tale rumore, nemmeno un secolo fa, a divenire oggetto di studio da parte dell'ingegnere radiotecnico Karl Jansky (1905-1950), quando ventiquattrenne neolaureato venne assunto presso i 'Bell Telephone Laboratories' con lo scopo di capire da cosa derivassero i disturbi che sistematicamente affliggevano le comunicazioni radio allora in atto. Benché la maggior parte di esse potesse essere attribuita ai temporali, agli aerei, o a strutture elettriche locali, Jansky si accorse della presenza di un debole segnale di fondo che sembrava sorgere e tramontare insieme al Sole. Continuando a mappare il disturbo con il suo efficiente ricevitore direzionale, notò che esso si spostava rispetto al Sole di 4 minuti al giorno. Resosi conto che questo era lo stesso spostamento apparente e quotidiano delle stelle rispetto al nostro Sole, Jansky dedusse che la sorgente del segnale doveva trovarsi fuori dal Sistema Solare. Nel 1932 riuscì a determinare che la fonte si trovava nella costellazione del Sagittario, nella direzione del centro della Via Lattea.

Da allora in poi gli studi verso le onde radio provenienti dallo spazio proseguirono, ma si affinarono solamente dopo la fine della Seconda Guerra mondiale dove i radiotelescopi assunsero dimensioni e aspetto tutt'oggi familiari. I radiotelescopi, nella forma più comune, hanno oggi un recettore metallico di forma parabolica e di diametro variabile a seconda delle esigenze e dell'uso specifico al quale è destinato. Fino ad oggi sono stati costruiti radiotelescopi professionali con parabole di diametro compreso fra 3 e 100 metri. Con un simile recettore si raccolgono le radiazioni elettromagnetiche provenienti dal cielo per concentrarle su una piccola antenna posta nel fuoco di tali paraboloidi. I numerosi vantaggi offerti dagli studi mediante l'impiego di radiotelescopi, anziché telescopi ottici, risiedono nel fatto di poter osservare l'Universo da un ulteriore punto di vista, potendo così scrutare e determinare con estrema precisione il movimento di oggetti celesti apparentemente immobili anche nel lungo periodo, oltre al fatto di poter osservare tali oggetti in dettagli altrimenti invisibili.

A seconda delle esigenze osservative, i radiotelescopi vengono realizzati in siti e dimensioni differenti: gli àmbiti di lavoro principali prevedono la ricezione in onde millimetriche e submillimetriche per l'osservazione di grandi nubi molecolari nelle quali si formano le stelle, e in onde radio di lunghezza maggiore per rilevare i numerosi e in parte ancora sconosciuti processi che avvengono nelle nebulose gassose, nelle pulsar (stelle di neutroni in rapida rotazione), nei resti di supernovae e nei nuclei di galassie attive. Come per i telescopi ottici, più estesa sarà l'area di ricezione del radiotelescopio, maggiore sarà la capacità dello stesso di rilevare e distinguere oggetti lontani e apparentemente piccoli; si parla in questo caso di maggiore potere risolutivo, caratteristica fondamentale di un qualsiasi telescopio.

Una tecnica in uso e di grande attualità, atta ad ottenere un insperato potere risolutivo senza ricorrere a parabole di dimensioni irragionevoli, è quella che ci porta all'interferometria, ovvero il lavoro simultaneo e sincronizzato di più antenne lontane fra loro atte ad aumentare virtualmente la superficie di ricezione del sistema radioricevente. Il Very Large Array (VLA) nel New Messico consta di 27 antenne mobili di 25 metri di diametro ognuna, distribuite su un sistema a rotaie con disposizione a "Y" di 36 km di lunghezza atto a modificare la distanza fra le parabole, ottenendo nella migliore configurazione un potere risolutivo di una equivalente antenna di 130 metri di diametro. Un interferometro di realtà a noi più vicina è il Very Long Baseline Interferometer (VLBI) situato a Medicina (BO), dove una parabola di 32metri di diametro e il sistema di parabole a fili Croce del Nord, costituiscono un importante centro internazionale di radioastronomia. Il futuro porterà probabilmente a radiotelescopi in orbita attorno alla Terra e successivamente ad installazioni lunari che, operando in simultanea con quelle odierne, costituiranno sistemi interferometrici dall'elevatissimo potere risolutivo.

Al di là degli impieghi professionali, rimanendo un gradino più in basso, cosa può sperimentare un radioamatore con una attrezzatura a lui comune? Non si può certo competere con gli obiettivi riservati a parabole da decine di metri di diametro, ma molte forti sorgenti radio provenienti dallo spazio profondo possono comunque essere captare ed ascoltate. Non dimentichiamoci che la più grande e forte radiosorgente alla nostra portata è rappresentata dal Sole. In ogni momento del giorno un sistema ricevente radioamatoriale in adeguata sintonia riesce ad evidenziare un aumento significativo del rumore di fondo ogni qual volta l'antenna venga puntata verso la nostra stella. Volendo spingersi oltre, addirittura oltre la nostra Galassia, esiste la possibilità concreta di ascoltare radiosorgenti come la famosa Cygnus A, una radiogalassia dall'elevata emissione radio ben visibile dalle nostre latitudini.Certo non dimentichiamoci che stiamo trattando soggetti difficili e da un'intensità sempre paragonabile a quella del normale rumore di fondo; ma con una discreta precisione nel puntamento e un sistema radio ben calibrato sul nostro obiettivo, la soddisfazione di ascoltare un segnale radio proveniente da milioni di anni-luce da noi potrebbe essere impareggiabile.