Maggio 2021

Cassiopea A è una sorgente importante per la radioastronomia, un resto di supernova nella costellazione di Cassiopea con un flusso di 2400 Jansky a 1420 MHz. Per questo articolo abbiamo utilizzato il radiotelescopio SPIDER 300A che, grazie all’antenna parabolica da 3 metri di diametro con montatura WP-100 ad elevata precisione, all’elevata sensibilità del ricevitore H142-One e alle caratteristiche avanzate del software RadioUniversePRO, è in grado di catturare Cassiopea A. I radiotelescopio è collegato alla sala di controllo remoto utilizzando il Kit radio over fiber per radiotelescopi SPIDER che elimina la tipica perdita di guadagno dovuta alla lunghezza dei cavi coassiali e migliora le prestazioni del radiotelescopio.

 

 

 

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.

 

 

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 e, per farlo, sfruttiamo l’elevata precisione di puntamento della montatura WP-100 del radiotelescopio SPIDER 300A. Il tab Source Visibilities di RadioUniversePRO (dove è contenuto il database delle radio sorgenti) consente di verificare che Cassiopea A abbia una buona altezza da terra (è infatti consigliato puntare oggetti alti da terra almeno 30 gradi) e 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.

 

 

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. 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.

 

 

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.

 

 

Abbiamo quindi effettuato una cattura di una radiomappa dell’area di Cassiopea A, utilizzando la funzione Mapping di RadioUniversePRO. Abbiamo impostato la cattura di un’area di 20×20 gradi, con 1 secondo di integrazione per ogni punto e una separazione tra i punti di 0.8 gradi. Come potete vedere nell’immagine sotto, la mappa mostra un incremento del segnale al centro della mappa, proprio dove si trova Cassiopea A.

 

 

Salvando il dato registrato in formato FITS (proprio come avviene per i radiotelescopi professionali) possiamo anche estrarre i dati che possono essere elaborati con diversi software, come il NASA FITS Viewer. La radiomappa registrata con il radiotelescopio SPIDER 300A è stata quindi confrontata con un’immagine ottica della stessa area di cielo, che potete vedere nell’immagine sotto. E’ facile notare come, in un’area apparentemente prova di particolari oggetti, il radiotelescopio SPIDER invece rileva una forte radiosorgente, il resto di supernova conosciuto con il nome Cassiopea A nella nomenclatura radioastronomica.

 

 

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Il Sole è una delle sorgenti radio più interessanti del cielo e l’emissione radio del Sole può essere studiata utilizzando i radiotelescopi SPIDER. Il Sole non emette solo luce visibile ma anche altre frequenze dello spettro elettromagnetico, infatti potete sentire il calore del Sole sulla nostra pelle, espressione della radiazione infrarossa. Utilizzando un radiotelescopio SPIDER 300A da 3 metri di diametro, in questo articolo vediamo come rilevare onde radio in arrivo dal Sole e generare vari risultati (come radiomappe e transiti) utilizzando il software di controllo RadioUniversePRO. Effettuiamo il puntamento e l’allineamento automatico sul Sole, l’individuazione e la eventuale eliminazione delle interferenze e la cattura dei risultati.

 

 

Il Sole emette onde radio sia per meccanismi termici (a causa dalla sua elevata temperatura) che per quelli non termici (ad esempio per radiazione di sincrotrone, quando gli elettroni vengono forzati in movimenti a spirale attorno alle linee del campo magnetico). Per lunghezze d’onda superiori a 1 cm (cioè inferiori a circa 30 GHz), l’emissione radio del Sole presenta 2 componenti: una costante detta “Sole calmo” dovuta al calore della nostra stella e una variabile detta “Sole disturbato” che varia nel tempo e che dipende dalla presenza di macchie solari o flares. I radiotelescopi SPIDER vi consentono di registrare queste emissioni. Fate partire il software RadioUniversePRO e collegatevi alla montatura e al ricevitore di SPIDER. Nel tab IF Monitor vedrete i dati catturati in tempo reale, come mostrato nell’immagine sotto.

 

 

Ora selezionate il tab “Source visibility” e fate doppio click sulla radio sorgente “Sun”. Il radiotelescopio SPIDER punterà automaticamente il Sole. Per verificare il perfetto allineamento sul Sole, potete utilizzare la funzionalità “Offset alignment” del rispettivo tab. Qui potete selezionare i parametri per richiedere al radiotelescopio di eseguire una scansione attorno all’area di cielo in cui è puntato e trovare il punto di massima emissione radio, che corrisponderà alla reale posizione del Sole: i questo modo la montatura verrà automaticamente allineata in maniera molto precisa e potrà puntare ed inseguire qualsiasi radio sorgente in cielo. Premete il bottone “Start procedure” per iniziare, il radiotelescopio SPIDER troverà la posizione perfetta del Sole.

 

 

Ora selezionate il tab “BBC Tool” tab e osservate la qualità del segnale che viene catturato. Qui potete facilmente capire se avete interferenze causate da segnale artificiale e facilmente rimuovere le corrispondenti parti dello spettro, se presenti. Ricordate che le interferenze causate dal segnare artificiali variano in funzione del luogo in cui è installato il radiotelescopio SPIDER e in funzione della direzione puntata dal radiotelescopio stesso. Quindi dovete verificarle con il tab BBC Tools prima di iniziare a catturare i dati.

 

 

Essendo sicuri che il radiotelescopio è perfettamente allineato sul Sole e che non stiamo catturando segnali artificiali, possiamo ora iniziare a registrare dati e a produrre vari risultati. Incominciamo con un Cross-Scan del Sole. Questa tecnica consiste nel muovere il radiotelescopio creando una croce centrata sull’oggetto e registrando il dato radiometrico per ogni punto: questo ci consentirà di determinare la massima emissione radio dal Sole. Per effettuare questa operazione, selezioniamo il tab “Total Power 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. Il Cross-Scan può essere utilizzato anche per calcolare alcuni parametri del radiotelescopio, come il half power beam width (HPBW).

 

 

Visto che il radiotelescopio SPIDER 300A è perfettamente allineato sul Sole, possiamo anche inseguire il Sole per un lungo periodo ed utilizzare la funzione TPI Plot del tab Total Power Plot di RadioUniversePRO per verificare possibili variazioni dell’emissione radio dal Sole. Nel grafico, ogni riga corrisponde al valore radiometro di ogni filtro BBC che abbiamo selezionato nel precedente passaggio.

 

 

Ora produciamo una radio mappa, quindi una vera e propria immagine del Sole ripreso nelle frequenze radio. Selezioniamo il tab Mapping dove possiamo impostare tutte le caratteristiche di ripresa della radio mappa. Il radiotelescopio SPIDER effettuerà una scansione dell’area di cielo attorno al Sole, in funzione della dimensione della radio mappa, della separazione e della durata di cattura dei dati di ogni punto che compone la mappa. La mappa verrà poi visualizzata da RadioUniversePRO utilizzando una delle diverse scale di colori selezionabili dall’utente. Nell’immagine sotto, il risultato della cattura della radio mappa del Sole, con un’area di 15 gradi di lato. Sono visibili anche gli effetti dei lobi laterali che formano il pattern a croce attorno alla figura centrale del Sole.

 

 

 

Grazie al radiotelescopio SPIDER e al software RadioUniversePRO, avete a disposizione una serie di dati e potete facilmente confrontare l’emissione radio del Sole con dati registrati anche da radiotelescopi professionali. Alcune fonti disponibili su Internet:

Nobeyama Radio Observatory: http://www.nro.nao.ac.jp/en/

Australian Government – Radio and Space Weather Services – Learmonth Observatory: http://www.ips.gov.au/Solar/3/4

Ottawa 10.7cm radio flux: http://www.spaceweather.gc.ca/solarflux/sx-eng.php