I modelli di emissione del cielo radio giocano un ruolo chiave per studiare l’universo alle basse frequenze. Uno studio pubblicato questa settimana su Nature Astronomy suggerisce che questi modelli raccontano una storia incompleta: il cielo radio è più luminoso di quanto pensassimo.

La brillanza del cielo a basse frequenze radio – tra 60 e 350 megahertz – è stata misurata con una precisione senza precedenti da un team internazionale di ricerca guidato dall’agenzia scientifica australiana Csiro. Secondo il team, uno dei modelli di riferimento più utilizzati in radioastronomia sottostima la luminosità del cielo di circa il 20 per cento alle frequenze più basse considerate, arrivando fino al 50 per cento a 350 megahertz.

Pietro Bolli in Australia al sito di Mwa/Ska-Low. Crediti: Inaf

Per capire meglio le implicazioni di queste misure, Media Inaf  ha intervistato uno dei coautori dello studio, Pietro Bolli, dirigente tecnologo all’Istituto nazionale di astrofisica e responsabile per la progettazione e l’analisi elettromagnetica dei sistemi d’antenna di Ska-Low, le antenne a bassa frequenza dell’Osservatorio Ska.

Qual è l’importanza di questo risultato?

«Si tratta di una misura assoluta dell’emissione diffusa dell’emisfero australe, ottenuta attraverso un’accurata calibrazione strumentale. Questo risultato indica la necessità di introdurre termini correttivi rispetto ai modelli attualmente in utilizzo dalla comunità scientifica, basati perlopiù su misure effettuate decenni fa».

Come influenzerà la radioastronomia il nuovo cielo radio?

«Il contesto attuale è particolarmente interessato a questo tema. Nei prossimi decenni la radioastronomia a bassa frequenza sarà infatti dominata dal più grande radiotelescopio mai concepito, Ska-Low. La calibrazione di un interferometro del genere è un passaggio fondamentale per la corretta interpretazione dei dati raccolti. Il nuovo risultato è proprio un follow-up dell’attività di ricerca volta a individuare ed ottimizzare le strategie di calibrazione più efficaci per Ska-Low. La misura presentata è stata condotta utilizzando un’antenna Skala 4.1, che è proprio il modello di antenna scelto per Ska-Low, assieme a un ricevitore sviluppato in Australia da Csiro per misure radiometriche assolute a elevata precisione».

Potrebbe cambiare qualcosa in ciò che sappiamo dell’universo?

«Avere una conoscenza più accurata possibile dell’emissione diffusa dell’universo radio è fondamentale per ottenere modelli di riferimento affidabili e conseguentemente calibrare l’osservazione. L’emissione radio del cielo, a basse frequenze, è dominata dai processi di radiazione di sincrotrone nella nostra galassia e dalle emissioni di tutte le sorgenti extragalattiche. Conoscere con precisione questo contributo è vitale in vari ambiti astrofisici, in particolare per tracciare i processi astrofisici dell’universo primordiale. Inoltre, la conferma di un eccesso di radiazione all’estremo più alto della banda di frequenza farà crescere l’interesse a indagare ipotesi alternative per la sua spiegazione, come ad esempio la presenza di un forte processo di annichilazione della materia oscura nell’universo primordiale».

L’antenna e il ricevitore utilizzati per le osservazioni presso Inyarrimanha Ilgari Bundara, il Murchison Radio-Astronomy Observatory del Csiro, nel territorio del popolo Wajarri. Crediti: Ravi Subrahmanyan

Le vostre misure possono essere considerate un’anticipazione delle capacità scientifiche del futuro Osservatorio Ska?

«Il nostro lavoro usa una singola antenna, che osserva una regione del cielo estremamente ampia, detta all-sky. Si differenzia quindi nettamente dall’interferometro Ska-Low, che viceversa, usando centinaia di stazioni costituite da 256 antenne ciascuna, permetterà di avere risoluzioni angolari estremamente fini e sensibilità elevatissime. Allo stesso tempo, questo lavoro conferma la solidità del progetto dell’antenna, ovvero di un elemento fondamentale nella complessità tecnologica di Ska-Low. Molti dei dati di simulazione usati in questo studio saranno trasferiti anche per la calibrazione e caratterizzazione elettromagnetica delle stazioni di Ska-Low».

Qual è stato il contributo dell’Istituto nazionale di astrofisica?

«La tecnica utilizzata richiede una caratterizzazione estremamente dettagliata del sistema di ricezione, composto dall’antenna e da successivi stadi a radiofrequenza, in modo da cancellare gli effetti strumentali dai dati ottenuti. Come Inaf, abbiamo contribuito al lavoro dei colleghi australiani fornendo risultati da simulazioni elettromagnetiche dell’antenna Skala 4.1 che potessero essere inseriti nella procedura di calibrazione. Le simulazioni effettuate hanno cercato di rappresentare in maniera più fedele possibile le prestazioni dell’antenna all’interno dell’ambiente operativo. Aggiungerei che con la partecipazione a questo e ad altri studi, l’Inaf capitalizza una strategia partita più di quindici anni fa, di investimento di risorse significative per lo sviluppo tecnologico di grandi infrastrutture di ricerca. Il gruppo tecnologico Ska-Low coordinato da Jader Monari dell’Istituto di Radioastronomia, ha svolto un ruolo di rilievo internazionale nella progettazione di numerosi elementi della catena di ricezione di Ska-Low. La progettazione e sviluppo dell’antenna Skala4.1 e le sofisticate simulazioni elettromagnetiche sono esempi concreti di attività di ricerca in cui Inaf, con i propri partner istituzionali e industriali, ha creato una legacy nel progetto Ska di cui ora raccoglie i frutti».

Per saperne di più: 

• Leggi su Nature Astronomy l’articolo “Precise Measurement of the Absolute Sky Brightness at 60 to 350 MHz” di Luke McKay, Ravi Subrahmanyan, Aaron Chippendale, Pietro Bolli, Georgios Kyriakou, Alex Dunning, Ronald Ekers