Telescopio Euclid, i dettagli tecnici della dotazione fotografica. Con un fantastico video

Il 1° luglio 2023, ESA (Agenzia spaziale europea) ha lanciato nello spazio il suo telescopio Euclid utilizzando il noto launcher Falcon 9 di SpaceX. Obiettivo del progetto è quello di indagare la natura dell’energia oscura e della materia oscura, mappando la geometria dell’universo e coprendo circa il 36% della volta celeste.

La navicella che trasporta Euclid, fu posta su una traiettoria verso il punto lagrangiano L2 situato a 1,5 milioni di chilometri dalla Terra. Si tratta di un’area stabile che consente al telescopio di mantenere una posizione quasi fissa rispetto alla Terra e al Sole.

Non ci sono già i telescopi terrestri? Certamente sì, ma sono “ciechi” in confronto a un telescopio posizionato a una notevole distanza dalla Terra, ben oltre il raggio orbitale della Luna (circa 0,38 milioni di chilometri). Il punto lagrangiano L2 fornisce insomma una punto di vista privilegiato sul cosmo, con un inquinamento luminoso di fatto azzerato e una visione continua del cielo senza interruzioni. Euclid è considerato stazionario in quanto orbita in modo tale da seguire la Terra mentre questa si muove attorno al Sole, mantenendo una distanza costante dal pianeta.

L’eccezionale video che mostra nel dettaglio le immagini arrivate dal telescopio Euclid

ESA ha pubblicato un video che permette di apprezzare la porzione di cielo per il momento fotografata da Euclid. Nei prossimi 6 anni, Euclid osserverà un terzo del cielo oltre la nostra Via Lattea, la galassia a cui appartiene il nostro sistema solare. In appena due settimane di attività, tuttavia, il telescopio ha già completato l’1% della sua missione.

L’Agenzia spaziale europea ha dapprima mostrato l’immagine di partenza (quell’1% di volta celeste), un mosaico da ben 208 gigapixel frutto della combinazione di immagini risultanti da 260 osservazioni, effettuate su oltre 132 gradi quadrati.

Il riferimento ai 208 gigapixel si commenta da solo: parlando di fotografia digitale conosciamo il termine megapixel e il suo significato. Il gigapixel è un multiplo del megapixel: l’immagine da 208 gigapixel è composta da 208 miliardi di pixel. Le dimensioni fisiche di un’immagine dipendono dalla dimensione in pixel e dalla densità dei pixel alla quale verrà stampata o visualizzata.

Ipotizzando che il “frammento” di cielo acquisito da Euclid sia quadrato (e non lo è) e volessimo inviarlo in stampa a 300 DPI, otterremo un’immagine da 39 metri per lato. Neanche tanto.

Ma non è questo il punto. Come si vede nel video realizzato da ESA, la strumentazione del telescopio permette di ottenere immagini con un livello di dettaglio mai visto prima. Con uno zoom 600x (600 volte!) è possibile selezionare l’area d’interesse e indagare oggetti cosmici distanti oltre 420 milioni di anni luce.

La strumentazione utilizzata da Euclid per scattare foto dell’universo così dettagliate

Euclid è equipaggiato con due strumenti principali: VISible Instrument (VIS), progettato per fornire immagini nello spettro del visibile; Near Infrared Spectrometer and Photometer (NISP), capace di effettuare fotometria nel vicino infrarosso (900-2000 nm) e determinare lo spostamento verso il rosso delle galassie. Ciò consente agli astronomi di calcolare le distanze e comprendere la distribuzione della materia nell’universo.

Il telescopio, tenetevi forte, ha un campo visivo pari a 0,53 gradi quadrati per quanto riguarda il modulo NISP, 0,57 nel caso del VIS. Questo significa che Euclid può catturare una piccola porzione del cielo in una volta sola, ma con dettagli estremamente elevati.

Campo visivo

Prendiamo gli 0,53 gradi quadrati: significa che il telescopio ESA può puntare il suo “occhio” su un’area del cielo che equivale approssimativamente pari a un quadrato con lato di circa 0,73 gradi. Per offrire un termine di paragone valido, basti pensare che il diametro apparente della Luna piena nel cielo è di circa 0,5 gradi. Euclid può quindi osservare una porzione del cielo leggermente più grande della metà di questo diametro in una singola immagine.

Anche se il telescopio non ha un campo visivo vastissimo, ha una precisione elevata, utile per osservare dettagli fini di galassie lontane e altri oggetti cosmici. Per costruire l’enorme mappa cosmica che gli astronomi si prefiggono di sviluppare, il telescopio deve quindi realizzare migliaia di osservazioni di piccole porzioni del cielo, che vengono poi assemblate per creare una mappa completa.

Risoluzione

La risoluzione angolare indica il livello di dettaglio che il telescopio può distinguere e misurare in una determinata area del cielo. Nel caso di NISP, la risoluzione è di 0,3 secondi d’arco per pixel (0,1 per VIS).

Un secondo d’arco è una misura molto piccola dell’angolo nel cielo: un grado è suddiviso in 60 minuti d’arco e ogni minuto in 60 secondi d’arco. Quindi, 0,3 secondi d’arco corrispondono a una frazione molto piccola di un grado. Per esempio, il diametro della Luna piena nel cielo è di circa 1.800 secondi d’arco, quindi Euclid può risolvere dettagli molto più piccoli, circa 6.000 volte più piccoli di una Luna piena (18.000 se si prende in considerazione il modulo VIS).

Questa risoluzione permette a Euclid di osservare dettagli estremamente fini, come la struttura interna di galassie lontane o l’effetto delle lenti gravitazionali, fenomeni in cui la luce di oggetti lontani viene piegata dalla gravità di oggetti più vicini, amplificando così la visione degli oggetti remoti.

VIS e NISP a confronto

La combinazione dei dati raccolti da VIS e NISP permette a Euclid di generare una panoramica dell’universo impensabile fino a qualche anno fa. Mentre VIS si concentra sull’imaging ad alta risoluzione delle galassie nel visibile, NISP si occupa della spettroscopia nel vicino infrarosso.

L’imager del VIS di Euclid è composto da 36 array di CCD (Charge Coupled Devices), ognuno con una risoluzione di 4096 x 4132 pixel, per un totale di circa 609 megapixel. Analizzando le forme delle galassie, è possibile ottenere una mappa tridimensionale della materia oscura e studiare come la sua distribuzione cambia nel tempo.

La materia oscura, che costituisce permea l’universo, è una forma di materia che non interagisce con la radiazione elettromagnetica (come la luce), rendendola invisibile e rilevabile solo attraverso i suoi effetti gravitazionali. In altre parole, anche se non direttamente visibile, la presenza della materia oscura è essenziale per spiegare vari fenomeni astronomici, come la velocità di rotazione delle galassie e la formazione delle strutture cosmiche.

NISP utilizza una griglia di 16 detettori, ciascuno con una risoluzione di 2040 x 2040 pixel. La luce in arrivo è filtrata attraverso filtri fotometrici, permettendo la creazione della mappa dettagliata della distribuzione delle galassie e della loro evoluzione nel tempo.

Credit immagine in apertura: ESA/Euclid/Euclid Consortium/NASA