Alle 8:20 italiane di oggi, 9 gennaio 2024, a bordo di un Lunga Marcia 2C cinese, è partita dal Launch Complex 3 presso lo Xichang Satellite Launch Center la missione scientifica Einstein (Einstein Probe, EP). Questa missione è guidata dall’Accademia Cinese delle Science (CAS), con la partecipazione dell’Agenzia Spaziale Europea e del Max Planck Institute for Extraterrestrial physics (MPE).

La sonda Einstein orbiterà attorno alla Terra, in un’orbita circolare bassa a un’altezza di 600 km, con un’inclinazione orbitale di 29 gradi. Da qui, utilizzando il suo ampio campo visivo e i suoi due telescopi all’avanguardia, monitorerà una vasta fetta di cielo nella lunghezza d’onda dei raggi X.

La durata nominale della missione è di tre anni, con possibili estensioni fino a ulteriori due anni. Nel corso di questo tempo, Einstein eseguirà un’indagine sistematica che porterà alla scoperta di raggi X provenienti da oggetti compatti, come buchi neri e stelle di neutroni. La sonda rileverà anche la luce proveniente da lampi di raggi gamma, supernovae, brillamenti di altre stelle ed eventi all’interno del Sistema Solare.

China on Tuesday successfully sent a new X-ray astronomical #satellite, Einstein Probe, into space via a Long March-2C carrier #rocket from the Xichang Satellite Launch Center in SW China’s Sichuan. The launch marked the 506th flight mission of the Long March series rockets. pic.twitter.com/oXJRBbbDOC

— China Science (@ChinaScience) January 9, 2024

La missione

La Einstein Probe (EP) è una missione dedicata all’astrofisica delle alte energie, in particolar modo all’Universo nei raggi X. La sonda coprirà una vasta gamma di argomenti scientifici, dall’Universo vicino a quello molto lontano, esplorando lo spettro elettromagnetico ad alte energie con una sensibilità che si avvicina molto a quella delle principali struttura in altre lunghezze d’onda.

La missione utilizza un nuovo tipo di ottica, che consente un ampio campo visivo e che è stata testata in precedenza dal Lobster Eye Imager for Astronomy (LEIA) lanciato nel 2022 sul satellite SATech-01 del CAS. LEIA ha già completato i suoi due obiettivi principali: la validazione delle prestazioni in orbita dell’ottica a micropori e della tecnologia del rivelatore, e uno studio della procedura di calibrazione in orbita per un telescopio focalizzatore a raggi X ad ampio campo. LEIA ha una configurazione strumentale simile a quella di uno dei dodici moduli WXT sulla sonda Einstein.

Gli obbiettivi scientifici

La sonda Einstein effettuerà indagini sistematiche di monitoraggio del cielo ad ampio campo nella banda dei raggi X molli (di lunghezza d’onda superiore a 0.1 nanometri) con una sensibilità senza precedenti. Gli obiettivi scientifici primari sono:

1. Scoperta e caratterizzazione di transitori di raggi X

La sonda Einstein migliorerà la nostra comprensione degli eventi cosmici transitori nei raggi X, scoprendo nuove fonti e monitorando la variabilità degli oggetti che brillano nei raggi X in tutto il cielo.

La capacità di individuare regolarmente nuove sorgenti di raggi X è fondamentale per far avanzare la nostra comprensione dell’origine delle onde gravitazionali. Quando due oggetti massicci iperdensi, come due stelle di neutroni o buchi neri, si scontrano, creano onde nel tessuto dello spaziotempo che viaggiano su distanze cosmiche e ci raggiungono.

2. Scoperta e caratterizzazione delle esplosioni di raggi X da buchi neri quiescenti

Alcuni buchi neri supermassicci sono detti quiescenti, ovvero dormienti, perché finora non abbiamo rilevato alcuna luce proveniente da loro. La gravità di questi buchi neri, però, può essere sufficiente a separare le stelle vicine, facendole brillare nella luce dei raggi X.

La sonda Einstein cercherà i raggi X emessi durante questi cosiddetti eventi di distruzione delle maree (TDE, Tidal Disruption Event). Scoprirà questi buchi neri altrimenti dormienti e difficili da rilevare e studierà come la materia cade su di essi, per una migliore comprensione della demografia dei buchi neri e della loro origine ed evoluzione, nonché della fisica dell’accrescimento.

3. Ricerca di sorgenti di raggi X associate a eventi di onde gravitazionali

Quando due oggetti massicci come due stelle di neutroni o una stella di neutroni e un buco nero si scontrano, creano onde nella struttura dello spazio-tempo stesso ed emettono luce attraverso lo spettro, compresi i raggi X. Diversi rilevatori sulla Terra sono in grado di misurare le onde gravitazionali al loro passaggio, ma le misurazioni non offrono un quadro completo delle proprietà dei corpi massicci coinvolti, e spesso non consentono di localizzare la fonte.

Se sono coinvolte stelle di neutroni, un tale evento è accompagnato da un’enorme esplosione di energia in tutto lo spettro della luce, soprattutto nei raggi X. La sonda Einstein cercherà quindi la luce dei raggi X proveniente dagli eventi di fusione, aiuterà a localizzare l’origine di molti degli impulsi delle onde gravitazionali osservati sulla Terra e a definirne le proprietà.

L’ottica

Per raggiungere i suoi obiettivi scientifici, la sonda Einstein è dotata di una nuova generazione di strumenti ad alta sensibilità, in grado di osservare vaste aree del cielo:

• Il Wide-field X-ray Telescope (WXT).
• Il Follow-up X-ray Telescope (FXT).

WTX

Il Wide-field X-ray Telescope utilizza la tecnologia innovativa Micro Pore Optics, e ha un design modulare ottico che imita gli occhi di un’aragosta. Gli occhi dell’aragosta, infatti, sono costituiti da pori quadrati paralleli, disposti su una sfera, che riflettono la luce verso un centro sferico. WFX funziona in modo simile: centinaia di migliaia di tubi quadrati guidano i raggi X fino a un rilevatore di luce CMOS. Sul rilevatore i raggi X creano una tipica immagine a forma di “più” (come mostrato e spiegato nella figura sottostante).

Un grande vantaggio di questa nuova tecnologia è che il campo visivo del telescopio può essere esteso quasi all’infinito. Il WXT è composto da 12 moduli, che insieme creano una vista di 3600 gradi quadrati, ovvero quasi un decimo della sfera celeste, in una volta sola. Grazie a questa capacità unica, la sonda potrà tenere d’occhio quasi l’intero cielo notturno in tre orbite attorno alla Terra.

Lo strumento funzionerà nell’intervallo di energia che va da 0.5 keV a 4.0 keV.

FXT

Il Follow-up X-ray Telescope è un tipo classico di telescopio a raggi X Wolter-I. Lo strumento è composto da due unità identiche, ciascuna avente un modulo specchio costituito da 54 gusci rivestiti in oro. Effettua osservazioni nell’intervallo di energia compreso tra 0.5 keV e 8.0 keV.

L’FXT compensa il suo campo visivo ristretto con una risoluzione molto più elevata. Ha inoltre un potere di raccolta della luce molto maggiore, cosa che lo rende un ottimo strumento per affinare le sorgenti di raggi X rilevate con la vista ad ampio campo del WXT.

Un deflettore termico all’estremità del telescopio aiuta a stabilizzare la temperatura dello specchio, e protegge lo strumento dalla luce diffusa dei raggi X proveniente dai riflessi dello specchio.

Il contributo europeo

Nello sviluppo della strumentazione scientifica della sonda Einstein, l’ESA ha fornito supporto per testare e calibrare i rilevatori di raggi X e l’ottica di WXT. Inoltre, ha sviluppato l’assemblaggio dello specchio di uno dei due telescopi FXT in collaborazione con MPE e Media Lario (Italia).

Il gruppo specchio FXT si basa sul design e sulla tecnologia della missione XMM-Newton dell’ESA e del telescopio a raggi X eROSITA. I rilevatori di raggi X sul piano focale di entrambi i telescopi, sviluppati da MPE, sono i precursori della futura missione New Athena dell’ESA, attualmente in fase di studio e destinata a diventare il più grande osservatorio a raggi X mai costruito.

Nel corso della missione, le stazioni di terra dell’ESA verranno utilizzate per facilitare il download dei dati della sonda.