Nel lontano Universo di cui siamo parte, così distante che la luce viaggia miliardi di anni per raggiungerci, sono nascoste grandi risposte a importanti domande che da tempo l’umanità si pone. Ad aiutarci nel cercare di svelare i misteri cosmici ora c’è il James Webb, che con la sua strumentazione all’avanguardia ci sta regalando non solo risposte, ma anche immagini che lasciano senza fiato. Uno dei contributi più importanti lo sta dando NIRSpec, il Near InfraRed Spectrometer.
NIRSpec è lo spettrografo nel vicino infrarosso di Webb. Il suo compito è dividere la luce infrarossa raccolta da Webb nelle sue diverse lunghezze d’onda costituenti, per formare uno spettro elettromagnetico della sorgente osservata. Misurando il modo in cui la luminosità varia tra le diverse lunghezze d’onda di un oggetto nello spazio, gli astronomi possono estrarre una grande quantità d’informazioni su caratteristiche fisiche e composizione chimica. Prima di Webb e NIRSpec, era impossibile farlo per queste galassie più distanti.
NIRSpec, uno strumento rivoluzionario
NIRSpec è stato sviluppato dall’ESA, con Airbus Defence and Space Germany come appaltatore principale. Airbus ha riunito un team di settanta persone nei suoi siti di Ottobrunn e Friedrichshafen, in Germania, e Tolosa, in Francia. A questo si aggiunge il supporto di NASA e altri 17 subappaltatori europei.
La difficoltà maggiore era la necessità di registrare in modo efficiente gli spettri di molti oggetti contemporaneamente, qualcosa che non era mai stato fatto prima nello spazio. Questo a causa del forte desiderio di studiare l’Universo lontano, dove le galassie sono molto deboli. Avremmo bisogno di osservarne migliaia, per assemblare un quadro completo delle nostre prime origini.
Di seguito, un esempio di come i ricercatori estendano la luce di una singola galassia in uno spettro per conoscere la composizione chimica, la temperatura e la densità del gas ionizzato. Ad esempio, lo spettro di questa galassia rivelerà le proprietà del suo gas, che indicherà come si stanno formando le sue stelle e quanta polvere contiene. Questi dati sono molto ricchi, e non sono mai stati rilevati prima d’ora da così lontano e con questa qualità.
Per realizzare quest’impresa di multi-tasking, NIRSpec utilizza un dispositivo rivoluzionario chiamato array di micro-otturatori. Prodotto e fornito dal Goddard Space Flight Center della NASA, è costituito da circa un quarto di milione di minuscoli otturatori autonomi. Ognuno misura solo 80 x 180 micrometri. Possono essere controllati individualmente per aprirsi o chiudersi secondo necessità.
Questo risolve uno dei maggiori problemi di ottenere spettri dall’Universo lontano: gli spettri di oggetti più vicini, stelle e galassie meno distanti per esempio, intralciano quelli più deboli se non sono mascherati. Grazie alle sue prestazioni, NIRSpec può raccogliere e registrare gli spettri di circa 200 oggetti alla volta al massimo. Non sono molti, se pensiamo a quanto ricco è l’Universo distante, ma non sono neppure pochi!
I misteri dell’Universo svelati da NIRSpec
NIRSpec offre agli astronomi anche altre capacità. Per esempio, può dividere oggetti più grandi come galassie e nebulose in diversi livelli, per poi osservare uno spettro differente per ogni livello, il tutto contemporaneamente. Le risultanti mappe delle condizioni fisiche e chimiche sono fondamentali per comprendere la nascita e la morte delle stelle e il funzionamento delle galassie.
Qui di seguito, per esempio, vediamo come lo strumento rivela cosa sta realmente accadendo in un’intrigante regione della nebulosa Tarantola. Gli astronomi hanno concentrato NIRSpec su quella che sembrava una piccola bolla nell’immagine della NIRCam (Near-Infrared Camera) di Webb. Gli spettri hanno rivelato un’immagine molto diversa da quella di una giovane stella che fa esplodere una bolla nel gas circostante. Questa bolla è in realtà la parte superiore di un denso pilastro di polvere e gas, che viene colpito dalle radiazioni dell’ammasso di stelle giovani e massicce alla sua destra. Non appare come un pilastro come altre strutture della nebulosa perché non c’è molto contrasto cromatico con l’area circostante, ma NIRSpec l’ha catturato!
I ricercatori hanno realizzato appieno il successo di NIRSpec quando le prime immagini e dati hanno iniziato a tornare sulla Terra. E ora che i dati arrivano più costantemente, sembra sempre più incredibile ciò che si sta riuscendo a studiare, comprendere e vedere. La qualità dei dati, insieme alle importanti ricerche che stanno permettendo di portare avanti, rendono molto orgogliosi gli ideatori di NIRSpec tanto quanto gli scienziati che hanno ora l’onore di apprezzarne i frutti.
Una volta completate le scrupolose analisi dei dati, avremo nuove risposte a quelle straordinarie domande così importanti per comprendere la nostra stessa esistenza… Per esempio, come si sono formate le prime galassie e stelle nel nostro Universo, oppure con quale frequenza i pianeti in orbita attorno ad altre stelle offrono condizioni che consentirebbero la vita come sappiamo che esiste.
A questo link è possibile leggere la scheda tecnica con le informazioni più importanti sullo strumento NIRSpec. Qui invece è reperibile la nostra Guida Completa al James Webb Space Telescope, con tutti i dettagli sull’avanzata strumentazione di questo grande telescopio spaziale.
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