Soxs: pronti a osservare gli eventi transienti

Osservare un cielo in continuo mutamento è una sfida che necessita di strumenti, tempo e personale adeguati. Per questo l’Inaf, in collaborazione con l’Eso, ha dato vita a Soxs, un nuovo spettrografo, e a una strategia osservativa che colga gli eventi transienti quando questi si manifestano.

Alzando gli occhi, durante una notte buia, il cielo ci sembra immutabile, con le stesse stelle e costellazioni da millenni. Già gli antichi però si erano resi conto, grazie all’osservazione di eclissi, comete e stelle nuove (supernove), che il cielo immutabile non è.
Il novero degli eventi transienti, cioè passeggeri, che il cielo può offrire è enorme, e comprende oggetti nel nostro sistema solare (asteroidi e comete), nella nostra galassia (sistemi binari contenenti una stella di neutroni o un buco nero, esplosioni magnetiche in stelle di neutroni isolate, variabili cataclismiche), nell’universo locale (esplosioni di supernove in tutte le loro sfumature, distruzioni mareali di stelle da parte di buchi neri massimi), fino ai confini dell’universo con i lampi di luce gamma.

PRONTI A OSSERVARE

La durata di questi eventi varia da qualche mese (per esempio le supernove) a meno di un giorno. Se si vogliono osservare questi eventi transienti, bisogna essere sempre pronti. Essere pronti significa avere scritto in precedenza delle proposte osservative per quella classe di oggetti (ed essere riusciti a farsele approvare dai vari comitati) e poi, al palesarsi dell’evento, essere lesti ad attivare le osservazioni. Questo deve accadere 24 ore su 24 e 7 giorni su 7, perché i transienti esplodono quando vogliono loro!
Pur mettendoci tutta la buona volontà e l’impegno necessari, non sempre si riesce a osservare quello che si vuole: a volte lo strumento non è disponibile o qualcun altro sta già utilizzando il telescopio per osservazioni che non possono essere interrotte.
Per questo motivo noi abbiamo pensato di costruire uno strumento sempre montato a un telescopio e completamente dedicato alle osservazioni di fenomeni transienti. Sembra banale, ma al momento non esistono strumenti e telescopi così.
Con questa idea abbiamo risposto alla richiesta dell’European Southern Observatory (Eso, che raccoglie le migliori eccellenze europee e gestisce i telescopi più grandi al mondo nei deserti cileni) di nuovi strumenti da montare al telescopio di 4 metri di diametro New Technology Telescope (Ntt) a La Silla (Chile). L’Ntt è un telescopio famoso tra gli astronomi, perché è il primo telescopio al mondo ad aver utilizzato un sistema di ottica attiva per correggere le aberrazioni del telescopio.

LO SPETTROGRAFO SOXS

L’Eso ha selezionato il nostro progetto per la costruzione di uno spettrografo che abbiamo chiamato Son Of X-Shooter (Soxs), con riferimento a un altro strumento Eso, l’X-shooter appunto, al quale ci siamo ispirati.
Cosa fa Soxs? Si tratta di uno spettrografo che scompone la luce visibile (ottica) e infrarossa in un arcobaleno di colori. Questo spettro continuo è solcato da innumerevoli piccole bande nere, o luminose: le righe di assorbimento (o emissione), che danno preziose informazioni sulla composizione chimica della sorgente che stiamo osservando, sulla sua distanza e sulle sue condizioni fisiche. La spettroscopia, infatti, inventata dall’astronomo italiano Padre Secchi, è un potentissimo metodo di indagine di tutte le sorgenti astronomiche.
Come in ogni famiglia, il “figlio” Soxs assomiglia al “padre” X-shooter: ad esempio, Soxs ha due bracci spettroscopici, uno visibile e uno infrarosso, mentre X-shooter ne ha tre; Soxs, poi, ha una camera di acquisizione di immagini migliore di quella di X-shooter. Insomma, ispirazione e somiglianze tra i due strumenti, ma nulla più.

COLLABORARE E COSTRUIRE

Ci siamo quindi imbarcati nella costruzione di Soxs. L’Inaf è il capofila della collaborazione. Ha costruito uno dei due bracci spettroscopici, quello infrarosso, e la struttura che separa la luce visibile da quella infrarossa, mentre una collaborazione internazionale ha costruito il ramo spettroscopico visibile e la camera per acquisire le immagini.
Si è partiti da un disegno preliminare di tutti i sottosistemi, che è stato visto, scrutinato e approvato dall’Eso. Si è poi passati ai disegni operativi finali, anch’essi visti e approvati dall’Eso. Dopo queste fasi iniziali, che sono durate due anni e mezzo, si è passati alla fase vera e propria di acquisizione di tutti i pezzi ottici, elettronici e meccanici e alla costruzione dei diversi sottosistemi, sempre sotto la supervisione dell’ufficio del progetto in capo all’Inaf.
I diversi sottosistemi sono stati costruiti in giro per il mondo. Il ramo infrarosso è stato costruito, assemblato e testato presso la sede Inaf dell’Osservatorio astronomico di Brera a Merate, mentre il common path, la parte centrale che divide la luce nei due rami spettroscopici, presso la sede Inaf dell’Osservatorio astronomico di Padova. Tutti i sottosistemi sono stati validati e accettati e quindi spediti e riuniti a Padova, dove l’intero Soxs è stato montato su un simulatore del telescopio Ntt. Purtroppo, questa fase costruttiva è coincisa con l’inizio della pandemia da Covid-19, rallentando non poco i nostri lavori.

L’ORA DEI TEST

Soxs è stato assemblato ed estensivamente testato a Padova per molti mesi. Una volta pronti, l’Eso è venuto a farci le pulci, testando e provando lo strumento per diverse settimane, spalmate su tre mesi. Messi a posto gli ultimi dettagli, l’Eso ci ha dato il permesso di spedire Soxs in Cile e di montarlo all’Ntt. Come “regalo di Natale” del 2024, 28 casse sono uscite dai laboratori dell’Osservatorio astronomico di Padova per essere imbarcate su un aereo e quindi spedite in Cile.
Arrivate le casse, è iniziato il lento rimontaggio di Soxs, questa volta attaccato al vero telescopio Ntt e non a un simulatore. È stato necessario poco più di un mese per avere Soxs pronto a guardare, per la prima volta, il cielo.
Dopo l’incredibile lavoro fatto dai tecnologi per la progettazione, costruzione e messa in opera di Soxs, la palla passava adesso agli astronomi per quello che si chiama il commissioning dello strumento, cioè la caratterizzazione delle sue prestazioni e la creazione di quegli automatismi informatici che rendono possibile la fruizione dello strumento senza intoppi. Tecnologi e astronomi continuano a lavorare insieme anche in questa fase, per mettere a punto lo strumento in base alle informazioni che le osservazioni del cielo forniscono. In questa fase, infatti, Soxs viene puntato verso sorgenti note e ben conosciute, e i dati raccolti vengono usati per caratterizzare e definire le capacità osservative dello strumento.
Purtroppo, la vita degli astronomi e dei tecnologi non è sempre rose e fiori. La storia di Soxs è stata costellata da una serie di piccoli, e meno piccoli, inconvenienti (rotture impreviste di pezzi, ritardi nelle consegne, ecc.), che abbiamo sempre superato con caparbietà e abnegazione. Da settembre 2025 stiamo finalmente ultimando il commissioning di Soxs e iniziando a vedere i frutti del nostro duro lavoro.

OSSERVARE È UN’ARTE

Cosa rimane della visione iniziale? Tutto! Abbiamo lo strumento (quasi) pronto e funzionante. Per la costruzione di Soxs, l’Eso ci ha ripagato mettendo a disposizione 180 notti osservative all’anno, per cinque anni. Dopo diverse di discussioni con ESO, in cui ci dicevano che non sarebbero riusciti a supportare il “normale” modo osservativo, con astronomi del consorzio SOXS che andavano a La Silla a osservare, abbiamo deciso di gettare il cuore oltre l’ostacolo e di inventare uno scheduler, cioè un sistema informatico che facesse quello che fa un astronomo quando va a osservare: selezionare le osservazioni da fare durante la notte, tenendo conto delle priorità scientifiche, delle condizioni meteo, della Luna, del vento e di eventuali ritardi nella schedula delle osservazioni. Lo scopo è riuscire a osservare gli oggetti nelle migliori condizioni, cioè quando sono più alte sull’orizzonte e hanno meno atmosfera da attraversare. Non è Intelligenza artificiale, ma quasi. In questo modo siamo riusciti a superare il concetto di notte osservativa affidata a un astronomo e il tempo di osservazione diventa dinamico e flessibile e si adatta all’imprevedibilità delle sorgenti transienti. Se una notte ci sono tante sorgenti transienti da classificare o seguire, osserveremo per tutto il tempo necessario, anche tutta la notte, andando a pescare dal monte ore che Soxs ha a disposizione; in altre notti invece più tranquille osserveremo meno sorgenti transienti o anche nessuna, lasciando spazio alle osservazioni selezionate dall’Eso per le altre 185 notti. Tutto questo in modo dinamico, tenendo conto delle restrizioni imposte dalle condizioni osservative a La Silla, e sempre pronti a reagire nel caso esploda una nuova sorgente transiente veloce come un lampo di luce gamma o una sorgente di onde gravitazionali.
Perché la sfida dell’astronomia delle sorgenti transienti è sempre quella: può esplodere il lampo gamma associato alla sorgente più distante dell’universo o l’evento gravitazionale associato alla produzione di oro e altri metalli pesanti, ma noi dobbiamo essere sempre pronti, in qualsiasi momento, a osservarli.