Un nuovo telescopio spaziale aprirà una visione senza precedenti dell'universo alla luce ultravioletta. Il satellite ULTRASAT fornirà nuove informazioni fondamentali sui fenomeni ad alta energia come le esplosioni di supernovae, stelle di neutroni in collisione e buchi neri attivi, tutto ciò può anche generare onde gravitazionali e agire come acceleratori di particelle cosmiche.

Lunedì a Rehovot, Israele, il presidente dell'Associazione Helmholtz, Otmar D. Wiestler, e il Direttore del centro di Helmholtz DESY, Helmut Dosch, concordato con il Weizmann Institute of Science su una cooperazione per la partecipazione tedesca al progetto guidato da Israele. DESY costruirà la camera UV da 100 megapixel per il telescopio spaziale. Per il progetto, DESY sta lavorando con il Centro aerospaziale tedesco DLR, che è anche membro dell'Associazione Helmholtz.

"Helmholtz ha avuto molte eccellenti collaborazioni scientifiche con partner israeliani per decenni. Insieme al Weizmann Institute of Science, ora stiamo facendo un altro passo importante nel campo dell'astrofisica. Sono estremamente contento di questo, " ha affermato il presidente di Helmholtz Otmar D. Wiestler. "La cooperazione sul telescopio spaziale ULTRASAT ha il potenziale per creare una base completamente nuova per il rilevamento delle onde gravitazionali e dei relativi eventi astrofisici, ai massimi livelli internazionali».

Il direttore di DESY, Helmut Dosch, ha aggiunto:"Abbiamo una lunga e fruttuosa collaborazione con numerosi partner israeliani. Ora stiamo continuando questa storia di successo con la nostra partecipazione all'impegnativo progetto satellitare del Weizmann Institute of Science". Direttore della ricerca di DESY per la fisica delle astroparticelle, Christian Stegmann, ha sottolineato:"ULTRASAT ci offre una visione unica dell'universo ad alta energia. Con la fotocamera per il telescopio, DESY sarà in grado di combinare e contribuire con la sua eccezionale esperienza nello sviluppo di rivelatori per la fisica delle astroparticelle e la fisica dei raggi X".

ULTRASAT studierà il cielo nella gamma ultravioletta (da 220 a 280 nanometri di lunghezza d'onda) dello spettro elettromagnetico e avrà un campo visivo particolarmente ampio di 225 gradi quadrati, circa 1200 volte più grande della luna piena che appare nel nostro cielo. "Questa configurazione unica ci aiuterà a rispondere ad alcune delle grandi domande in astrofisica, " ha detto Eli Waxman, ricercatore principale di ULTRASAT presso il Weizmann Institute of Science.

Per esempio, il satellite cercherà l'origine degli elementi chimici pesanti. A parte gli elementi più leggeri come l'idrogeno e l'elio, gli elementi sono stati creati quasi esclusivamente dalla fusione nucleare nel cosmo. Le stelle producono la loro energia da questa fusione nucleare, ma questo funziona solo fino al ferro. La fusione di elementi più pesanti come il piombo o l'oro costa energia. La loro sintesi avviene nei processi più potenti dell'universo, come l'esplosione di una stella come supernova o la collisione di due stelle di neutroni, i nuclei dei soli bruciati che sono collassati sotto il loro stesso peso a tal punto da avere una densità simile a un gigantesco nucleo atomico. Ogni atomo d'oro sulla Terra e nel resto del cosmo proviene da un sole che esplode o da uno schianto di una stella di neutroni.

"Vogliamo capire esattamente come vengono prodotti gli elementi e come vengono distribuiti, " spiega David Berge, Scienziato capo presso DESY. Entrambi, le esplosioni di supernova e le collisioni di stelle di neutroni possono essere seguite particolarmente bene alla luce UV, come sottolinea Berge. "La fase diretta di una supernova nei primi minuti, ore e giorni si vede principalmente nell'UV. Durante questo periodo, la luce UV contiene firme caratteristiche che indicano la stella precedente." Più tardi, un'onda d'urto scoppia dalla palla di fuoco calda, all'interno della quale anche le particelle subatomiche cariche vengono accelerate ad alte energie. "Il satellite può quindi aiutarci a capire l'origine di tali acceleratori di particelle cosmiche, " dice Berge. "Vogliamo anche scoprire quale tipo di stella esplode in quale tipo di supernova".

ULTRASAT è particolarmente sensibile ai fenomeni ad alta energia. "Tutto ciò che diventa estremamente caldo brilla alla luce UV, " riferisce il ricercatore DESY Rolf Bühler, project manager per la telecamera UV. Ciò include i buchi neri attivi, che assorbono la materia dal loro ambiente e accelerano anche le particelle, e stelle di neutroni in collisione. L'osservazione degli incidenti di stelle di neutroni non può solo fornire informazioni sulla sintesi degli elementi nel cosmo, ma è anche di grande importanza per la ricerca sulle onde gravitazionali. "Se le onde gravitazionali vengono registrate fondendo stelle di neutroni, la loro posizione può finora essere risolta solo grossolanamente sulla base dei dati delle onde gravitazionali, " spiega Bühler. "ULTRASAT può orientarsi verso la regione target entro un massimo di 30 minuti e, grazie al suo ampio campo visivo, può quindi determinare la posizione esatta quasi immediatamente."

Il satellite ha quindi una funzione decisiva per il giovane settore dell'astronomia multimessaggero (MMA), che studia l'universo tramite vari messaggeri come le particelle cosmiche, onde gravitazionali e radiazioni elettromagnetiche e costituisce una nuova area di ricerca presso DESY. Con il suo ampio campo visivo, il satellite avrà in vista una sezione di cielo particolarmente ampia e sarà quindi in grado di rilevare anche oggetti sconosciuti che divampano improvvisamente nella gamma UV.

Con un peso totale di soli 160 chilogrammi e un volume inferiore a un metro cubo, ULTRASAT (Ultraviolet Transient Astronomy Satellite) è un piccolo satellite scientifico. Il Weizmann Institute of Science e l'Agenzia spaziale israeliana ISA condividono finanziamenti e gestione. Il lancio è previsto per il 2023. Il telescopio spaziale raccoglierà quindi dati per tre anni. Sarà messo in un'orbita alta circa 35, 000 chilometri sopra la superficie terrestre. Ciò garantisce che i disturbi della radiazione ultravioletta di fondo, che l'atmosfera terrestre riflette dal sole, sono trascurabili e consentono di rilevare vaste aree del cielo. La radiazione UV può essere osservata solo dall'orbita perché è in gran parte assorbita e riflessa dall'atmosfera.

La telecamera UV, che DESY sta sviluppando e costruendo, sarà il cuore del telescopio. Avrà un'area del sensore sensibile ai raggi UV di nove per nove centimetri e una risoluzione di 100 megapixel. Con questi parametri, gli sviluppatori stanno aprendo nuovi orizzonti:una telecamera spaziale UV con una tale risoluzione e sensibilità non è mai stata costruita prima. Per la fotocamera, Gli esperti di DESY in fisica delle astroparticelle lavorano insieme a specialisti nello sviluppo di rivelatori nel campo della ricerca con la radiazione di sincrotrone. Con questo progetto, DESY contribuisce al satellite con circa 5 milioni di euro, che costerà in totale circa 70 milioni di euro.