A bordo del Nancy Grace Roman, il telescopio spaziale della NASA il cui lancio è attualmente previsto entro il 2027, ci saranno diversi strumenti all’avanguardia. Lo strumento principale, il Wide Field Instrument, è progettato per generare alcune delle immagini più grandi del nostro Universo mai scattate dallo spazio.

Uno, in particolare, sarà uno strumento di imaging planetario di nuova generazione, specificatamente concepito per l’osservazione dei pianeti extrasolari. Si tratta di un coronografo, che dimostrerà nuove tecnologie che dovrebbero aumentare notevolmente il numero di esopianeti conosciuti che possiamo osservare direttamente.

Il coronografo del Roman è stato progettato e costruito presso il JPL, in California, e rappresenta la tecnologia di imaging planetario del futuro. Di recente, la NASA ha iniziato a sottoporlo a diversi test, necessari perché sia pronto a superare il lancio. Lo strumento ha già superato due importanti test critici sulle componenti elettroniche.

Perché serve un coronografo per osservare gli esopianeti?

Un coronografo è uno strumento che blocca la luce proveniente da un oggetto cosmico luminoso, come una stella, in modo che gli scienziati possano osservare un oggetto vicino che altrimenti sarebbe nascosto dal bagliore.

La luce riflessa da un pianeta è particolarmente utile per poterlo caratterizzare: il suo spettro elettromagnetico nasconde le firme delle sostanze chimiche presenti nell’atmosfera del pianeta, se presente, e altri potenziali segni di abitabilità. Perciò, i coronografi saranno uno strumento fondamentale nella ricerca della vita oltre il nostro Sistema Solare.

Tuttavia, se gli scienziati cercassero di ottenere immagini di un pianeta simile alla Terra in un altro sistema planetario, alla stessa distanza da una stella delle stesse dimensioni del Sole, non sarebbero in grado di vederlo. Anche con i migliori coronografi e i più potenti telescopi oggi operativi.

Il coronografo del Nancy Grace Roman

Il coronografo del Nancy Grace Roman è stato sviluppato proprio per superare questo problema. Le innovazioni apportate allo strumento dovrebbero consentire di vedere pianeti simili a Giove per dimensioni e distanza dalla loro stella.

Si tratta di un grande passo avanti rispetto alla situazione attuale. Anche perché il team del coronografo del Roman prevede che questi progressi contribuiranno a consentire il salto verso ulteriori  nuove generazioni di coronografi per futuri osservatori spaziali, in grado invece di osservare direttamente pianeti di dimensione simile a quella della Terra.

Come dimostrazione tecnologica, l’obiettivo principale del coronografo di Roman è testare tecnologie che non sono mai state volate nello spazio prima. Nello specifico, metterà alla prova sofisticate capacità di blocco della luce che sono almeno 10 volte migliori di quelle attualmente disponibili. Gli scienziati si aspettano di spingere ulteriormente le sue prestazioni per osservare obiettivi più impegnativi, che potrebbero portare a nuove scoperte scientifiche.

Uno strumento altamente sensibile

Anche con il coronografo che blocca la luce di una stella, un pianeta brillerà di una luce riflessa che è comunque eccezionalmente debole. Potrebbe essere necessario un mese intero di osservazioni per ottenerne una buona immagine.

Per effettuare questo tipo di osservazioni, la fotocamera dello strumento coronografo è stata sviluppata per rilevare singoli fotoni, quindi singole particelle di luce, rendendolo molto più sensibile rispetto ai coronografi precedenti.

Tuttavia, a causa di questa altissima sensibilità, le correnti elettriche che inviano energia ai componenti del veicolo spaziale possono produrre deboli segnali elettrici. Questi segnali imitano la luce nelle sensibili telecamere del coronografo, un effetto noto come interferenza elettromagnetica. E viceversa, i segnali provenienti dal coronografo potrebbero disturbare in modo simile gli altri strumenti a bordo del telescopio spaziale.

Due test cruciali per una tecnologia di imaging all’avanguardia

Poiché la missione deve garantire che nessuna delle due cose accada, quando il telescopio funzionerà in un ambiente isolato ed elettromagneticamente silenzioso a 1.5 milioni di km dalla Terra, i due test recenti sono stati cruciali. Un team di ingegneri ha messo lo strumento completamente assemblato in una camera isolata ed elettromagneticamente silenziosa, al JPL, e lo ha acceso alla massima potenza.

Successivamente, è stata misurata e monitorata l’emissione elettromagnetica dello strumento, per assicurarsi che scendesse al di sotto del livello richiesto per funzionare a bordo del Roman.

Il team ha utilizzato pinze a iniezione, trasformatori e antenne per produrre disturbi elettrici e onde radio simili a quelle generate dal resto del telescopio. Poi ha misurato le prestazioni dello strumento, cercando rumore eccessivo nelle immagini della fotocamera e altre risposte indesiderate da parte dei meccanismi ottici.

I due test sono stati superati con successo, e in tempi record anche. Clement Gaidon, ingegnere dei sistemi elettrici per il coronografo del Roman presso il JPL, ha affermato: “Si tratta di un livello piuttosto positivo, tutto sommato; abbiamo a bordo un hardware molto sensibile. Nel complesso, lo strumento ha fatto un lavoro fantastico, attraverso le onde elettromagnetiche”.

Possiamo quindi affermare che la nuova tecnologia di imaging esoplanetario è ormai pronta all’uso, e a scrivere un capitolo completamente nuovo nella storia della ricerca di pianeti extrasolari.