La missione IXPE (Imaging X-ray Polarimetry Explorer) di NASA, lanciata alla fine del 2021, ha visto la direzione delle attività scientifiche affidata a ricercatori dell’agenzia spaziale americana e dell’Agenzia Spaziale Italiana fino a febbraio 2024. Ora, con l’inizio della fase del General Observer, il programma di osservazione di IXPE è principalmente guidato dalla comunità scientifica internazionale.
“Stiamo trasformando la polarimetria a raggi X in uno strumento standard per gli astronomi a raggi X di tutto il mondo”, ha affermato Philip Kaaret, investigatore principale di IXPE presso il Marshall Space Flight Center della NASA in Huntsville, Alabama. “La risposta della comunità di astrofisica ad alta energia è stata straordinaria”.
Un programma aperto alla comunità scientifica globale
Il General Observer Program, iniziato ufficialmente a febbraio, invita astrofisici e scienziati spaziali di tutto il mondo a proporre nuove indagini su buchi neri, stelle di neutroni, nuclei galattici attivi e altre fonti di raggi X ad alta energia utilizzando il telescopio IXPE.
Nel corso dei primi due anni di operatività, i partner di ricerca della NASA hanno coinvolto oltre 175 scienziati in 13 paesi, e l’interesse continua a crescere. Le indagini proposte finora al General Observer Program coinvolgono più di 1.400 ricercatori in 174 istituzioni uniche in 30 paesi.
“Il nostro obiettivo principale è consentire a tutti gli interessati di utilizzare, analizzare e interpretare i dati IXPE”, ha dichiarato Kavitha Arur, responsabile del programma presso il Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Maryland. “Vogliamo massimizzare i risultati scientifici e coprire la più ampia gamma possibile di obiettivi”.
Proposte innovative e sorprendenti
A giugno 2023, la NASA ha lanciato un invito aperto ai ricercatori per proporre nuove missioni IXPE e obiettivi di osservazione. Entro la scadenza di ottobre 2023, il team del General Observer Program ha ricevuto 135 proposte per il Ciclo 1, che copre il primo anno del programma. Ogni proposta è stata sottoposta a un rigoroso processo di revisione paritaria da parte di astrofisici della NASA ed esperti associati nel campo.
I ricercatori hanno proposto studi basati sul numero di secondi di osservazione del bersaglio IXPE che hanno stimato necessari per ottenere i dati necessari a verificare un’ipotesi o un modello.
Per il Ciclo 1, il team ha selezionato 39 proposte, per un totale di circa 15 milioni di secondi di tempo di osservazione totale. Questa cifra include alcune sovrapposizioni tra gli obiettivi selezionati, e tra questi vi sono state alcune sorprese.
“Alcune delle proposte selezionate riguardavano tipi di obiettivi che non avevamo precedentemente considerato, come gli eventi di distruzione mareale”, ha detto Kaaret. Un evento di distruzione mareale si verifica quando una stella viene attratta in un buco nero supermassiccio e fatta a pezzi.
I ricercatori del Ciclo 1 utilizzeranno anche IXPE per studiare, per la prima volta, una nana bianca, un residuo nucleare stellare delle dimensioni della Terra ma con una massa paragonabile a quella del nostro Sole. Questa nana bianca fa parte del sistema binario T Coronae Borealis, a circa 3.000 anni luce dal nostro sistema solare. “T CrB”, come è noto agli astronomi, include anche un’antica gigante rossa che emette un’eruzione nova ogni 80 anni circa. L’ultima volta è stata osservata nel 1946, e gli astronomi prevedono un’altra eruzione tra ora e settembre 2024. Per gli osservatori terrestri, questa nova apparirà come una stella che prima non c’era.
Questa ampia finestra temporale rende T CrB un “obiettivo di opportunità” per IXPE, un imprevisto che si inserisce nel programma meticolosamente pianificato del Ciclo 1. Un evento del genere richiede una rapida reazione da parte del team per consentire a IXPE di puntarlo senza una programmazione avanzata.
Allyn Tennant, che dirige il centro operativo scientifico di IXPE presso Marshall, è incaricato di pianificare il calendario di IXPE. Egli tiene conto della durata precisa di ogni osservazione, del tempo necessario per scaricare i risultati e del tempo di riposizionamento necessario tra un obiettivo e l’altro.
“Cosa serve per eseguire un piano così complesso? Una certa dose di riflessione, un po’ di imprecazioni e molta riplanificazione”, ha detto Tennant.
“Abbiamo avviato il programma la prima settimana di febbraio e già alla fine di aprile, Allyn aveva riplanificato il programma sette volte”, ha aggiunto Kaaret. “Questo comporta alcuni fine settimana stressanti, ma molti risultati eccitanti derivano da questi eventi imprevisti”.
IXPE dedica circa una settimana a ciascun obiettivo, in media, quindi non è difficile pianificare circa 40 obiettivi in una finestra di 52 settimane, ha detto Tennant, fino a quando non si incontrano quegli obiettivi di opportunità. C’è anche la sfida di gestire l’afflusso di dati da ogni osservazione. Più luminoso è l’obiettivo, maggiore è il volume di dati in arrivo che deve essere catturato, verificato e distribuito agli investigatori.
Il fitto programma della navicella spaziale include anche osservazioni astronomiche congiunte con altri strumenti della NASA che conducono le proprie missioni scientifiche in orbita. Questi sforzi congiunti estendono ulteriormente il valore dei dati raccolti durante gli studi del General Observer Program di IXPE, ma aggiungono un altro livello di complessità quando gli obiettivi di opportunità richiedono di rimescolare il programma.
Durante il Ciclo 1 e il Ciclo 2, IXPE collaborerà con l’osservatorio a raggi X NICER (Neutron Star Interior Composition Explorer) della NASA, che studia stelle di neutroni, buchi neri e altri fenomeni dal suo punto di osservazione permanente a bordo della Stazione Spaziale Internazionale. Nel Ciclo 2, a partire da febbraio 2025, il programma si assocerà anche agli strumenti orbitanti Swift e NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescope Array) della NASA, che monitorano rispettivamente le esplosioni di raggi gamma e gli eventi cosmici a raggi X ad alta energia.
L’interesse crescente per il successo di IXPE ha portato l’USRA’s Science and Technology Institute ad annunciare il primo IXPO (International X-ray Polarimetry Symposium), che si terrà a Huntsville dal 16 al 19 settembre. Astronomi, ingegneri e tecnologi a raggi X sono incoraggiati a partecipare.
IXPE, guidato da NASA Marshall, è una collaborazione tra la NASA e l’Agenzia Spaziale Italiana. La divisione Space & Mission Systems di BAE Systems Inc., a Broomfield, Colorado, gestisce le operazioni della navicella spaziale insieme al Laboratory for Atmospheric and Space Physics dell’Università del Colorado a Boulder.