Come si formano le stelle nelle profondità delle nubi di gas molecolare? Qual è la storia della formazione stellare durante il tempo cosmico? Quando si sono formate le prime stelle? E come hanno prodotto i materiali necessari per la vita sulla Terra?

Un gruppo di astronomi dell'Arizona State University sta cercando risposte a queste domande nell'ambito di un esperimento internazionale che ha ricevuto più di 6 milioni di dollari in finanziamenti dalla National Science Foundation per aiutare a costruire una fotocamera dalla sensibilità unica, chiamato TolTEC, per sondare questi misteri.

"Metà della luce delle stelle nell'universo viene assorbita da nuvole di polvere interstellare e poi ri-irradiata a lunghe lunghezze d'onda invisibili all'occhio umano, " disse Filippo Mauskopf, della School of Earth and Space Exploration (SESE) dell'Arizona State University. "Le osservazioni astronomiche a queste lunghezze d'onda possono farci vedere nei nuclei dei vivai stellari dove si stanno formando nuove stelle".

Mauskopf, un professore in SESE, è il leader del team ASU che progetterà e costruirà le ottiche per la nuova fotocamera. Il team svilupperà anche l'elettronica per produrre immagini dai rivelatori superconduttori dello strumento.

Occhio grande

La nuova fotocamera sarà collegata a un gigantesco telescopio in Messico. Oltre il 15, Sierra Negra di 000 piedi nello stato di Puebla si trova il Large Millimeter Telescope (nella foto sopra), con uno specchio principale di 50 metri (164 piedi) di diametro.

È il più grande telescopio al mondo progettato per funzionare a una lunghezza d'onda di 1 millimetro, ideale per fare uno studio dettagliato dell'universo polveroso. La costruzione di questo telescopio, con i contributi dell'Università del Massachusetts, è stato il più grande progetto scientifico nella storia del Messico.

Nei prossimi tre anni, un consorzio internazionale, guidato da UMass, costruirà la fotocamera criogenica TolTEC delle dimensioni di un golf cart per il Large Millimeter Telescope. sorveglierà l'universo, radiazioni di imaging dalla polvere a lunghezze d'onda millimetriche attraverso vaste aree del cielo.

Gli astronomi si aspettano che queste immagini rivelino milioni di galassie precedentemente sconosciute che sono invisibili ai telescopi ottici standard a causa del loro grande contenuto di polvere.

A caccia di galassie polverose

"Nell'ultima decade, fotocamere e telescopi più piccoli hanno scoperto migliaia di queste galassie, " Ha detto Mauskopf. "Questo nuovo progetto consentirà un censimento completo delle galassie polverose nell'universo e ci consentirà di iniziare veramente a capire le loro proprietà".

Oltre a Mauskopf, il team dell'ASU include lo studioso postdottorato Sean Bryan, ingegnere elettrico Hamdi Mani, l'ingegnere meccanico Matt Underhill, nonché lo studente laureato e membro della NASA Earth and Space Science Sam Gordon e lo studente del Barrett Honors College Rhys Kelso.

"Per ottenere le migliori immagini, dobbiamo sovraraffreddare le ottiche e i rivelatori superconduttori, " Ha detto Mauskopf. "Mentre lo sviluppo di questo tipo di tecnologia dei superconduttori può essere difficile, i rivelatori e l'elettronica di lettura che stiamo utilizzando per TolTEC sono molto simili a quelli che abbiamo già sviluppato per l'uso su telescopi su palloni a lunghezze d'onda più brevi".

Una volta completata la telecamera TolTEC, sarà montato sul Large Millimeter Telescope e inizierà un programma biennale di tre grandi rilevamenti del cielo che coprono centinaia di gradi quadrati. Questi sondaggi riguarderanno le regioni in cui sono note nubi di polvere nella nostra galassia. Mirano anche a regioni in cui c'è relativamente poca polvere locale in modo che gli oggetti più distanti siano visibili per il confronto con immagini ottiche profonde contenenti un gran numero di galassie.

Importante passo avanti

Le osservazioni che richiedono ai telescopi di oggi cinque anni per essere completate verranno eseguite in poco più di una settimana con TolTEC.

"È difficile comprendere le maggiori capacità del nuovo strumento, " ha detto Grant Wilson di UMass, ricercatore principale per TolTEC. "La combinazione della nuova fotocamera e dell'LMT richiede una nuova prospettiva su quali tipi di indagini sono possibili".

I dettagli delle indagini TolTEC saranno elaborati in consultazione con la comunità astronomica internazionale attraverso una serie di workshop guidati dai membri del comitato consultivo scientifico TolTEC. I dati delle indagini saranno resi pubblici nel minor tempo possibile per consentire il massimo ritorno scientifico.

I dati di TolTEC consentiranno ai cosmologi, come Evan Scannapieco di SESE, per rintracciare il misterioso meccanismo che sta bloccando la formazione stellare nelle galassie giganti. Aiuterà anche gli astronomi tra cui Judd Bowman di SESE, Rogier Windhorst, James Rhoads e Sangeeta Malhotra, che stanno usando altri metodi per osservare direttamente le galassie più antiche e lontane responsabili della reionizzazione del gas idrogeno nell'universo primordiale.

"Progettare e costruire questa fotocamera sarà una meravigliosa opportunità pratica per studenti e ricercatori SESE, " Ha detto Mauskopf. "E il risultato finale sarà un nuovo potente strumento per studiare l'universo."