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Cassiopea A registrata con il radiotelescopio SPIDER

Cassiopea A è un resto di supernova molto importante per la radioastronomia in quanto è la più brillante radiosorgente extrasolare che si registra nel cielo quando si studiano frequenze superiori a 1 GHz. Se da un lato questa caratteristica la renderebbe alla portata anche di radiotelescopi dotati di antenne non enormi, è vero che Cassiopea A è comunque una radiosorgente relativamente debole. Infatti alla frequenza di 1,42 GHz ha un flusso di circa 2400 Jansky, decisamente meno dei circa 40000 Jansky del Sole! In questo articolo vediamo come usare radiotelescopio SPIDER e il suo software RadioUniversePRO per registrare il segnale proveniente da Cassiopea A allineando l'antenna, eliminando il segnale artificiale e registrando transiti, spettri e radio mappe.

 

Cassiopea A (linea viola) è la sorgente extra solare più potente ma è comunque molto debole!

 

Nelle frequenze del visibile, Cassiopea A è estremamente debole in quanto la polvere interstellare del piano della Via Lattea ne assorbe la radiazione visibile. Cassiopea A (chiamata anche Cas A) è stata identificata nel 1947 (una delle prime radiosorgenti ad essere state individuate) mentre la sua controparte ottica è stata scoperta nel 1950. Si pensa che la supernova che ha originato Cassiopea A sia esplosa circa 11000 anni fa e che la luce dell'esplosione abbia raggiunto la Terra circa 300 anni fa. Non abbiamo notizie di un avvistamento di questa supernova ma è possibile che la stella di sesta magnitudine 3 Cassiopeiae, catalogata da John Flamsteed il 16 agosto 1680, fosse in realtà Cas A.

 

Il resto di supernova Cassiopea A attraverso lo spettro: Gamma ray (magenta), X-rays (blu, verde), visibile (giallo), infrarosso (rosso) e radio (aranzio). Crediti: NASA/DOE/Fermi LAT Collaboration, CXC/SAO/JPL-Caltech/Steward/O. Krause et al., e NRAO/AUI Il resto di supernova Cassiopea A attraverso lo spettro: Gamma ray (magenta), X-rays (blu, verde), visibile (giallo), infrarosso (rosso) e radio (aranzio). Crediti: NASA/DOE/Fermi LAT Collaboration, CXC/SAO/JPL-Caltech/Steward/O. Krause et al., e NRAO/AUI

 

Grazie all'elevata sensibilità del ricevitore H142-One del radiotelescopio SPIDER, è possibile registrare segnali radio in arrivo anche da oggetti al di fuori del Sistema Solare. Abbiamo quindi utilizzato le avanzate funzionalità di SPIDER e del software RadioUniversePRO per registrare il segnale in arrivo da Cassiopea A durante il giorno e in presenza di nuvole. Dovendo puntare una radiosorgente debole, dobbiamo prima di tutto essere sicuri che il radiotelescopio sia correttamente puntato sulla giusta area del cielo: abbiamo quindi utilizzato la funzionalità Offset Alignment di RadioUniversePRO per effettuare un allineamento di precisione sul Sole che, essendo una radiosorgente molto forte, si presta perfettamente per allineare la montatura del radiotelescopio SPIDER.

 

Cassiopea A registrata con il radiotelescopio SPIDER: allineamento automatico con RadioUniversePRO Cassiopea A registrata con il radiotelescopio SPIDER: allineamento automatico con RadioUniversePRO

 

Abbiamo quindi utilizzato il tab Source Visibilities di RadioUniversePRO (dove è contenuto il database delle radio sorgenti) per verificare che Cassiopea A avesse una buona altezza da terra (è infatti consigliato puntare oggetti alti da terra almeno 30 gradi) e quindi per puntare precisamente questa radio sorgente. Prima di incominciare a registrare dati, abbiamo verificato la presenza di interferenze nella banda di frequenza (50 MHz, centrata a 1420 MHz) registrata dal radiotelescopio SPIDER. Come potete vedere nell'immagine sotto, la riga dell'idrogeno a 1420 MHz è chiaramente visibile insieme ad alcune interferenze artificiali che però possiamo facilmente isolare grazie allo strumento BBC Tools di RadioUniversePRO. In questo modo il radiotelescopio SPIDER non registrerà segnali radio artificiali.

 

Cassiopea A registrata con il radiotelescopio SPIDER: allineamento automatico con RadioUniversePRO: la riga dell'idrogeno e le interferenze artificiali Cassiopea A registrata con il radiotelescopio SPIDER: la riga dell'idrogeno e le interferenze artificiali

 

Abbiamo quindi effettuato la cattura di un Cross-Scan, una tecnica che prevede la registrazione di un transito sia in Elevazione che in Azimuth (o anche in Ascensione Retta e Declinazione), centrato sull'oggetto. In questo modo si ottiene un grafico dell'intensità dell'emissione radio lungo una croce centrata sull'oggetto e che consente di determinare la massima emissione radio di Cassiopea A. Per effettuare questa operazione, selezioniamo il tab "TPI Plot" in RadioUniversePRO e utilizziamo la funzione Cross-Scan, selezionano la lunghezza della scansione, la separazione di ogni punto di registrazione e il tempo di integrazione di ogni punto di registrazione. La montatura del radiotelescopio SPIDER muove l'antenna e il software crea un grafico come quello che potete vedere nell'immagine sotto.

 

Cassiopea A registrata con il radiotelescopio SPIDER: allineamento automatico con RadioUniversePRO: registrazione del Cross-Scan di Cassiopea A Cassiopea A registrata con il radiotelescopio SPIDER: registrazione del Cross-Scan di Cassiopea A

 

RadioUniversePRO salva il dato  in vari formati che possono quindi essere elaborati con software diversi. In questo caso abbiamo utilizzato un semplice editor per generare un grafico che mostra entrambi i transiti lunghi 15 gradi con la variazione del dato radiometrico registrato sia in elevazione che in azimuth. Si nota chiaramente l'aumento del valore radio registrato causato da Cassiopea A. In questo modo abbiamo anche verificato che la montatura del radiotelescopio SPIDER è perfettamente allineata sulle radiosorgenti in cielo e che Cassiopea A è stata perfettamente puntata.

 

Cassiopea A registrata con il radiotelescopio SPIDER: grafico del Cross-Scan di Cassiopea A Cassiopea A registrata con il radiotelescopio SPIDER: grafico del Cross-Scan di Cassiopea A

 

Quindi abbiamo voluto registrare uno spettro calibrato di Cassiopea A per evidenziare la riga di emissione dell'Idrogeno neutro a 1420 MHz. Per questa operazione abbiamo utilizzato la funzionalità On-Off di RadioUniversePRO con la registrazione degli spettri: registrando dati dalla radio sorgente (posizione "on") e quindi calibrandolo su un punto in cielo lontano dalla radiosorgente (posizione "off"), il risultato è uno spettro calibrato. Il risultato è visibile nell'immagine sotto, potete notare come il radiotelescopio SPIDER ha perfettamente evidenziato l'emissione della riga dell'idrogeno a 1420 MHz.

 

Cassiopea A registrata con il radiotelescopio SPIDER: lo spettro calibrato con la riga dell'idrogeno Cassiopea A registrata con il radiotelescopio SPIDER: lo spettro calibrato con la riga dell'idrogeno

 

Abbiamo quindi effettuato una sequenza di cattura di diverse radiomappe della stessa area di Cassiopea A, utilizzando la funzione Mapping di RadioUniversePRO. Abbiamo impostato la cattura di un'area di 15x15 gradi, con 30 secondi di integrazione per ogni punto e una separazione tra i punti di 1 grado. Per verificare la consistenza delle registrazioni abbiamo registrato diverse mappe in momenti diversi che, come potete vedere nell'immagine sotto, mostrano tutte un incremento del segnale proprio vicino al centro della mappa, proprio dove di si aspetta di trovare Cassiopea A.

 

Cassiopea A registrata con il radiotelescopio SPIDER: due radiomappe di Cassiopea A mostrano l'incremento del segnale proprio vicino al centro della mappa Cassiopea A registrata con il radiotelescopio SPIDER: due radiomappe di Cassiopea A mostrano l'incremento del segnale proprio vicino al centro della mappa

 

Salvando il dato registrato in formato FITS (proprio come avviene per i radiotelescopi professionali) abbiamo quindi estratto i dati che possono essere elaborati con diversi software. Abbiamo quindi utilizzato il software NASA FITS Viewer per elaborare una delle radiomappe evidenziando ancora meglio il segnale di Cassiopea A rispetto al fondo cielo. Il tutto è stato quindi confrontato con un'immagine ottica della stessa area di cielo catturata dallo SPIDER, come potete vedere nell'immagine sotto. E' facile notare come, in un'area apparentemente prova di particolari oggetti, il radiotelescopio SPIDER invece mette in evidenza un oggetto importante, proprio il resto di supernova conosciuto con il nome Cassiopea A nella nomenclatura utilizzata per le sorgenti radio.

 

Cassiopea A registrata con il radiotelescopio SPIDER: confronto tra immagine ottica e radiomappa dell'area di cielo di Cassiopea A Cassiopea A registrata con il radiotelescopio SPIDER: confronto tra immagine ottica e radiomappa dell'area di cielo di Cassiopea A

 

SPIDER è il primo radiotelescopio specificamente sviluppato e progettato da PrimaLuceLab per permettere a tutti di scoprire la magia della vera radioastronomia senza la necessità di essere un radioastronomo per farlo funzionare! Clicca qui per scoprire la linea completa dei radiotelescopi SPIDER.