The Very Large Array near Socorro, New Mexico, United States.
La Finestra Radio
L'atmosfera terrestre è opaca alla maggior parte delle radiazioni elettromagnetiche, tranne che per due "finestre": quella ottica e quella radio.
Range di frequenza: La finestra radio si estende da circa 10 MHz (limite imposto dalla riflessione ionosferica) fino a circa 300 GHz - 1 THz (limite imposto dall'assorbimento di vapore acqueo e ossigeno molecolare in alta atmosfera). Osservatori moderni come ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), situato a 5000 metri di quota nel deserto cileno, operano proprio al limite superiore di questa finestra, sfruttando l'aria estremamente secca per catturare le debolissime onde millimetriche e submillimetriche dallo spazio.
Vantaggio tecnico: A differenza dei fotoni ottici, le onde radio non vengono bloccate dai grani di polvere interstellare (estinzione), permettendoci di vedere direttamente attraverso il centro della nostra Galassia. Telescopi come il Sardinia Radio Telescope (SRT) in Italia, con la sua grande parabola di 64 metri, possono scandagliare le regioni più oscure della Via Lattea e di galassie lontane.
Fisica delle Onde Radio e Meccanismi di Emissione
In radioastronomia, non osserviamo quasi mai "luce termica" (corpi caldi che brillano), ma processi energetici complessi: Emissione di Sincrotrone: Prodotta da elettroni relativistici che spiraleggiano attorno alle linee di un campo magnetico. È la voce dei resti di supernova e dei getti dei buchi neri. Emissione Free-Free (Bremsstrahlung): Radiazione emessa da elettroni deviati da ioni in un gas ionizzato (regioni H II). La Riga a 21 cm (1420 MHz): Una transizione iperfine dell'idrogeno neutro (HI). È lo strumento fondamentale per mappare la rotazione delle galassie e la distribuzione della materia oscura. Righe Molecolari: Strumenti come ALMA sono specializzati nell'osservare una miriade di righe spettrali emesse da molecole complesse (come acqua, monossido di carbonio, e anche molecole organiche) nelle fredde nubi di gas dove nascono stelle e pianeti. Queste osservazioni rivelano la "chimica" del cosmo.
La Nascita: Da Jansky alla Mappa di Reber
Karl Jansky (1932): Scoprì un fruscio di fondo a 20.5 MHz (lunghezza d'onda di circa 14.6 metri) con un'antenna rotante soprannominata "Merry-go-round". Notò che il picco del segnale si spostava di 4 minuti ogni giorno, seguendo il tempo siderale: la sorgente non era il Sole, ma il centro galattico (Sagittarius A*). Grote Reber (1937): Costruì il primo radiotelescopio a parabola di 9 metri operando a 160 MHz. Dimostrò che l'intensità delle onde radio galattiche non seguiva la legge del corpo nero (spettro non termico), aprendo la strada alla fisica delle alte energie.
Strumenti: Risoluzione e Interferometria
Strumenti: Risoluzione e Interferometria Il problema principale della radioastronomia è la risoluzione angolare (θ). Per il criterio di Rayleigh: θ ≈ 1.22 λ / D Poiché la lunghezza d'onda (λ) radio è enorme rispetto alla luce visibile, un singolo radiotelescopio (anche di 100 metri) ha una risoluzione pessima (circa 1 arcominuto, come l'occhio umano). Interferometria: Si usano schiere di antenne distanziate. La risoluzione non dipende più dal diametro del singolo disco (D), ma dalla distanza massima tra le antenne (Baseline). ALMA è l'esempio supremo di questo concetto: non è un unico telescopio, ma una schiera (array) di 66 antenne mobili che possono essere distribuite su distanze fino a 16 chilometri, simulando un telescopio gigante di quella dimensione e raggiungendo risoluzioni sub-arcosecondo. VLBI (Very Long Baseline Interferometry): Sincronizzando telescopi in continenti diversi tramite orologi atomici, si ottiene un telescopio virtuale grande quanto la Terra, capace di fotografare l'orizzonte degli eventi di un buco nero. Il Sardinia Radio Telescope (SRT) è una stazione fondamentale nelle reti VLBI europee e globali (come l'Event Horizon Telescope), contribuendo alle osservazioni con la massima risoluzione possibile.
I Principali Cataloghi di Radiosorgenti
I dati radio vengono misurati in Jansky (Jy), dove: 1 Jy = 10^-26 W · m^-2 · Hz^-1 I cataloghi fondamentali includono: 3C (Third Cambridge Catalogue): Catalogò sorgenti a 159 MHz e 178 MHz. La sorgente 3C 273 fu il primo quasar identificato. NVSS (NRAO VLA Sky Survey): Ha mappato l'82% del cielo a 1.4 GHz con una sensibilità altissima, catalogando quasi 2 milioni di sorgenti. Cataloghi Moderni: Osservatori come SRT e ALMA producono continuamente nuovi cataloghi ad alta risoluzione. SRT, con la sua flessibilità di frequenza (0.3-116 GHz), conduce survey come SRTMM (Sardinia Radio Telescope Multi-frequency Microwave Survey) per mappare vaste aree di cielo a diverse lunghezze d'onda.
Osservatori Spaziali
Oltre l'atmosfera si evitano le interferenze umane e l'assorbimento molecolare: Planck (ESA): Ha mappato il fondo cosmico a microonde con precisione millimetrica. RadioAstron (Spektr-R): Un radiotelescopio russo con un'antenna di 10 metri in un'orbita ellittica altissima. Lavorando con telescopi a terra, ha creato una baseline di 350.000 km (più della distanza Terra-Luna), ottenendo la risoluzione più alta mai raggiunta in astronomia.
Il Futuro e il problema della RFI
SKA (Square Kilometre Array): In costruzione in Australia e Sud Africa, avrà un'area di raccolta di un chilometro quadrato. Sarà 50 volte più sensibile di qualsiasi strumento attuale. Sia ALMA (per le alte frequenze) che SRT (per le basse-medie frequenze e le tecniche VLBI) sono considerati precursori tecnologici e scientifici fondamentali per il successo di SKA. Il problema RFI (Radio Frequency Interference): I satelliti Starlink e le reti mobili generano rumore che sovrasta i deboli segnali cosmici. La posizione remota di ALMA (altopiano di Chajnantor) e di SRT (altopiano di Pranu Sanguni, in Sardegna) sono scelte proprio per minimizzare questo inquinamento radio. Una soluzione futura discussa è il Lunar Crater Radio Telescope (LCRT): costruire un radiotelescopio nel lato nascosto della Luna, schermato naturalmente da tutte le emissioni radio prodotte dall'uomo sulla Terra.