Astronomia gamma
lampi atmosferici da decifrare

Come fotografare sorgenti cosmiche
tramite un flash molto speciale

flashes.physical.pub

( ENG | ITA | SPA )

I telescopi Cherenkov sono strumenti decisamente spettacolari, che sfruttano un sorprendente fenomeno atmosferico per studiare da terra sorgenti astronomiche che emettono raggi gamma ad altissime energie. L’associazione culturale PhysicalPub ha ideato e realizzato questo laboratorio per spiegare non solo l’astrofisica delle sorgenti a queste energie, ma anche il principio di funzionamento tecnologico degli imponenti telescopi che si usano per la loro osservazione. Questo laboratorio è sviluppato in collaborazione con gli esperimenti ASTRI e MAGIC, e con l’osservatorio Cherenkov CTA.

Introduzione

I raggi gamma provenienti dal cosmo trasportano informazioni sulle sorgenti che li hanno prodotti, ma anche sulla struttura del nostro universo. Studiare questa radiazione è fondamentale per ampliare la  conoscenza del cosmo e proprio per questo l’astronomia gamma è un settore in forte crescita oggi (vd. ASTRI, CTA). Tuttavia, a causa della sua complessità sia scientifica che tecnologica, spesso viene trascurata e sottovalutata nonostante la sua grande importanza e il suo fascino.
Questo laboratorio mira a spiegare gli obiettivi scientifici dell’astrofisica a raggi gamma, nonché a svelare il principio di funzionamento dei cosiddetti telescopi Cherenkov. Questi strumenti osservano i raggi gamma in modo indiretto, rilevando i flash prodotti per effetto Cherenkov dalla cascata di particelle che si origina in atmosfera quando un raggio gamma raggiunge il nostro pianeta. Tuttavia, non solo i raggi gamma producono questo effetto e spesso i telescopi vengono “ingannati” e registrano immagini dovute ad altre particelle: raggi cosmici (protoni, ioni) o muoni. Inoltre, possono anche capitare artefatti! Anche stelle luminose o bagliori artificiali (automobili, torce, ecc…) possono innescare l’acquisizione di “falsi” flash. Considerando la forma del lampo registrato si può capire se esso è dovuto ad un gamma oppure no. Questa operazione di discriminazione è fondamentale per isolare i veri segnali astronomici, riconoscendo i raggi gamma: su questo processo è basato il nostro laboratorio.

Argomenti e obiettivi

Gli obiettivi specifici sono differenti a seconda dell’età e del livello di istruzione dei partecipanti, ma comprendono globalmente nozioni di:
– fondamenti di astronomia,
– effetto Cherenkov,
– fisica fondamentale delle particelle,
– processi radiativi,
– ottica e costruzione dei telescopi.

Inoltre viene discusso ampiamente il tema dell’errore e dell’incertezza nella scienza. Infine, vengono sottolineate tematiche ambientali connesse alla strumentazione scientifica e il ruolo dell’Italia nella ricerca di frontiera.

Come si svolge

Il laboratorio è sviluppato per essere fruito in presenza, tramite la guida di animatori scientifici appositamente formati dagli esperti dell’associazione PhysicalPub. Prevede una parte teorica, una interattiva e una attività pratica conclusiva. La struttura può essere descritta come segue.

Spiegazione teorica. L’animatore introdurrà i concetti chiave dell’astronomia gamma e il funzionamento dei telescopi Cherenkov, utilizzando affascinanti immagini proiettate (accessibili anche da remoto).

Sfida sulla web-app. I visitatori potranno accedere al sito tramite dispositivi personali. Vedranno comparire delle immagini (vere!) riprese da tre diversi telescopi (LST, MAGIC, ASTRI) e dovranno decidere (scelta multipla) se si tratta di raggi gamma, muoni, raggi cosmici o “undecided”, sulla base delle spiegazioni ricevute nella prima parte. Il gioco è a tempo, con una classifica finale.

Conclusione e discussione. Si raccolgono i commenti dei partecipanti, si mostra come viene fatta questa operazione nella realtà (machine learning) e soprattutto si evidenzia che c’è un certo margine di errore intrinseco: l’incertezza non è un problema, ma una caratteristica della scienza.

L’ultimo match. I visitatori si dividono in tre gruppi (LST, ASTRI e MAGIC, sulla base dei risultati ottenuti nel gioco), e occuperanno tre posizioni precise nella stanza. Verranno informati che un satellite ha avvistato un lampo gamma (GRB) e dovranno puntare il proprio telescopio nella corretta direzione per poterlo osservare. Ogni gruppo avrà una certa coordinata in azimuth e altitudine (es. 30°N, 45° elevazione) e sullo schermo saranno proiettati vari riquadri numerati all’interno di alcune costellazioni. Ogni gruppo avrà a disposizione bussola, goniometro, spago, scotch, pezzi di legno e un metro: riusciranno a individuare il riquadro corretto da puntare?

La webapp “Flashes”

La parte centrale del laboratorio si svolge tramite una web-app (gratuita, accessibile da browser, tramite URL/QR), sviluppata da PhysicalPub. Qui i visitatori accedono con uno username e possono anche partecipare a sessioni di gruppo (es. studenti di una stessa classe), così da potersi sfidare tra loro. Questa webapp è stata sviluppata in modo da rendere possibile partecipare al laboratorio anche da remoto, collegandosi tramite una piattaforma apposita in video-conferenza con l’animatore scientifico.

Informazioni e contatti

Questo laboratorio è stato inizialmente sviluppato per il Festival della Scienza di Genova 2022, ma questa attività si presta per essere proposta in varie forme: come attività didattica, come conferenza, come lezione di approfondimento presso centri culturali, circoli, associazioni di astrofili e tutti quei luoghi dove ci siano persone interessate a non perdere il contatto con la volta celeste che ci circonda e col sapere scientifico. Per avere informazioni su queste possibilità non esitate a contattarci all’indirizzo:

info@physical.pub

Ringraziamenti

Questo laboratorio didattico nasce da un’idea della dott.ssa Chiara Righi, che ringraziamo caldamente per averci fornito lo spunto iniziale per realizzare tutto questo. La progettazione è di Simone Iovenitti e lo sviluppo di Stefano Orsenigo, senza i quali questo laboratorio non esisterebbe. Ringraziamo inoltre i responsabili dell’outreach dei tre telescopi coinvolti, ovvero Alba Ferrandez-Barral, Marina Manganaro e Anna Wolter, per averci fornito i materiali necessari. Grazie infine a Giovanni Pareschi per la costante supervisione scientifica dei contenuti del progetto.


Sito realizzato da S.Orsenigo e S.Iovenitti
©2022 PhysicalPub

X