ATHENA, Telescopio di nuova concezione per l’Astrofisica delle Alte Energie

ATHENA è la missione L2 candidata del programma “Cosmic Vision” di ESA il cui lancio è, al momento, previsto nel 2030. ATHENA sarà un potente osservatorio per Astronomia nei Raggi X concepito per permettere l’investigazione del tema “L’Universo Caldo ed Energetico” della “Cosmic Vision”, cioè per rispondere alla due seguenti maggiore domande dell’astrofisica contemporanea:

  • In che modo la materia ordinaria (cioè barionica) si aggrega nelle strutture a grande-scala che noi vediamo oggi?
  • In che modo i buchi neri crescono e danno forma all’Universo?

Per rispondere alla prima domanda, è necessario trovare ed investigare le strutture di gas caldo nell’Universo – specificamente il gas negli ammassi e nei gruppi di galassie e nel mezzo intergalattico – determinare le loro proprietà fisiche e tracciare la loro evoluzione attraverso il tempo cosmico.

Per rispondere alla seconda domanda, i buchi neri supermassivi devono essere rivelati, anche in ambienti ad elevato assorbimento, fino ai primordi dell’Universo, e si dovrà comprendere sia i flussi entranti che quelli uscenti di materia ed energia via via che i buchi neri crescono.

ATHENA inoltre permetterà di condurre una ampia serie di altre importanti indagini astrofisiche, connesse allo studio della emissione nei raggi X di corpi del sistema solare, di stelle di vari tipi spettrali, di regioni di formazione stellare, di resti di supernove, di binarie X, etc. alle quali sarà dedicata una sostanziale frazioni del tempo di osservazione disponibile.

Per poter affrontare tutte queste domande scientifiche ATHENA verrà costruito attorno ad un grande (1.5-2 metri quadri) innovativo specchio a raggi X che alimenterà, a turno, due distinti strumenti di piano focale: lo X-IFU (Unità a campo integrale per raggi X-ray), un rivelatore da 5 x 5 arcominuti quadri, basato su una matrice di bolometri TES, con risoluzione angolare di 5”, risoluzione energetica di 2.5 eV e un sofisticato sistema di anticoincidenza attiva che permette di ridurre drasticamente il fondo strumentale, e il WFI (rivelatore a grande campo), un rivelatore con un campo di vista di 40 x 40 arcominuti quadri, basato su una matrice di pixel (sensori individuali) di tipo DEP-FET, con una risoluzione angolare di 3” e risoluzione energetica di ~ 100 eV. Entrambi gli strumenti di piano focale saranno sensibili nella banda passante 0.3-12 keV.

Nel corso del 2015 la missione è entrata nella fase di studio; la fase A si e’ conclusa nel Novembre del 2019 dopo che la missione ha passato con successo la Missione Formulation Review (MFR), durante la fase B1 il disegno verra’ finalizzato e gli associati costi verranno valutati. Tale fase si prevede si concludera’ nel 2 trimestre del 2021 con la definitva adozione nel programma ESA prevista per la fine del 2021, prima di iniziare la successiva fase di costruzione.
*Partner internazionali/nazionali*
ATHENA è stata proposta da un grande gruppo di scienziati europei ed ha anche il supporto di scienziati del Giappone e degli Stati Uniti. La collaborazione ATHENA include tutti i maggiori centri di ricerca in Europa, Giappone e Stati Uniti che sono impegnati nel campo dell’astrofisica delle alte energie: IRAP, INAF/(Bologna, Roma, Milano, Palermo), MPE, SRON, Dept. Physics and Astronomy/University of Leicester, Institut de Fisica de Cantabria (CSIC-UC), etc. ATHENA è una missione a guida ESA con partecipazioni minori da parte delle JAXA e della NASA.
Per entrambi gli strumenti di piano focale sono stati costituiti alla fine della fase A i consorzi responsabili della realizzazione dei due strumenti di piano focale il Wide-Field-Imager (WFI) e lo X-ray Integal Field Unit (X-IFU). Gli strumenti di piano focale saranno finanziati dalle agenzie spaziali nazionali. Il PI e i Co-PI dello X-IFU sono D. Barret (IRAP, Francia). J-W. den Herder (SRON, Olanda), e L. Piro (INAF, Italia). La principali agenzie finanziatrici sono CNES (Francia), SRON (Olanda) e ASI (Italia), con contributi da parte di altri paesi (in ordine alfabetico) Belgio, Finlandia, Germania, Giappone, Irlanda, Polonia, Spagna, Stati Uniti, Svizzera. Il Pi del WFI è K. Nandra (MPE, Germania), lo strumento viene sviluppato da un consorzio costituito dallo MPE (Germania), un gruppo di università tedesche (ECAP, IAAT), l’industria PNSensor GmbH, in collaborazione con partners nel Regno Unito (Leicester), Francia (IRAP Toulouse) e Italia (INAF-BO & UNIPA/INAF-OAPA).

Ruolo di OAPA e partecipanti

ATHENA è il risultato di una serie di sforzi per proporre un concetto vincente per una grande missione per Astronomia nei raggi X che seguisse gli attuali osservatorio per astronomia Chandra della NASA e XMM-Newton dell’ESA. Sin dal 2002 ricercatori di INAF/OAPA e, oggi, del Dipartimento di Fisica e Chimica dell’ Università di Palermo (DIFC/UNIPA), associati all’INAF/OAPA, sono stati congiuntamente coinvolti in una serie di studi e proposte che oggi hanno condotto al concetto di ATHENA proposte e scelto da un comitato internazionale. Molti ricercatori di INAF/OAPA e di DIFC/UNIPA hanno firmato la proposta ATHENA, sono membri di gruppi di lavoro (WG) scientifici, hanno presieduto e continuano a presiedere WGs, sono membri dei proto-consorzi dello X-IFU e del WFI. Per lo X-IFU il team OAPA/DIFC è responsabile della definizione e della acquisizione dei filtri termici che saranno montati nel cilindro di apertura del criostato contenente il sistema di rivelatori nel piano focale, e collabora al disegno dei filtri addizionali per sopprimere la radiazione ottica, montati nella ruota portafiltri, necessari per permettere l’osservazione di sorgenti otticamente brillanti e molto brillanti. Per il WFI il team OAPA-DIFC è responsabile della definizione e l’acquisizione del necessario filtro a grande area. Le persone che guidano la collaborazione sono S. Sciortino (OAPA) e M. Barbera (DIFC), che sono membri del team italiano dello X-IFU guidato da L. Piro, altre persone che contribuiscono alle attività C. Argiroffi, B. Stelzer, A. Collura, U. Lo Cicero, M. Miceli, S. Orlando, L. Sciortino. S. Sciortino è stato nominato (il  mandato scade il 4/2020) anche membro del Team scientifico dello X-IFU.

Links

Athena X-ray Observatory

Athena – Cosmic Vision

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