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ⓘ Atacama Large Millimeter Array




Atacama Large Millimeter Array
                                     

ⓘ Atacama Large Millimeter Array

L Atacama Large Millimeter/submillimeter Array è un radiointerferometro situato a 5000 metri daltitudine nel deserto di Atacama in Cile. È un progetto sviluppato in collaborazione tra Europa, Nord America, Asia orientale e Repubblica del Cile.

Linaugurazione ufficiale è avvenuta il 13 marzo 2013, mentre lultima antenna è stata consegnata il 1º ottobre 2013, con la piena operatività, alla fine dellanno, di tutte le 66 antenne. Il costo del progetto è stato di circa un miliardo di dollari.

                                     

1. Descrizione

ALMA è un radiointerferometro allavanguardia, costituito da un array di 66 radiotelescopi con diametro di 12 e 7 metri, che osservano alle lunghezze donda millimetriche e sub-millimetriche. Le antenne sono state installate sul Llano de Chajnantor dellaltopiano Puna de Atacama, a 5000 metri di quota. Con ALMA è possibile studiare la nascita delle stelle nelluniverso primordiale e ottenere immagini dettagliate della formazione delle stelle e dei pianeti nelluniverso locale.

Le antenne possono muoversi allinterno dellaltopiano desertico per distanze da 150 m a 16 km, il che darà ad ALMA un potente zoom variabile, simile, dal punto di vista concettuale, a quello impiegato al sito del Very Large Array VLA nel Nuovo Messico. Lalta sensibilità è raggiunta grazie al grande numero di telescopi di cui larray è composto.

I telescopi sono forniti dai partner europei, nordamericani e dellAsia orientale. I partner americani ed europei hanno commissionato 25 delle antenne da 12 metri che compongono larray principale. LAsia orientale ha contribuito con 16 antenne quattro da 12 m di diametro e dodici da 7 m, che costituiscono lAtacama Compact Array ACA, che è parte del potenziamento dellALMA.

Lutilizzo di antenne più piccole dà la possibilità di effettuare visualizzazioni a grande campo, a una data frequenza, utilizzando ACA. La possibilità di avvicinare le antenne offre anche la possibilità di investigare sorgenti dalla grande estensione angolare. LACA lavorerà insieme con larray principale per potenziare la capacità di imaging a grande campo.

Dettagli del progetto:

  • Strumento astronomico più sensibile al mondo nelle lunghezze donda millimetriche e sub-millimetriche.
  • Strumento di imaging più veloce e più flessibile del Very Large Array.
  • Nuovo software per lelaborazione dei dati "CASA" Common Astronomy Software Applications
  • Strumento per la visualizzazione in tutte le finestre atmosferiche tra 350 µm m e 10 mm.
  • Risoluzione spaziale inferiore a 50 m/s.
  • Capacità di ottenere immagini di sorgenti con ampiezza da alcuni arcominuti a qualche grado, con una risoluzione di un arcosecondo.
  • Risoluzione angolare di 10 milliarcosecondi.
  • Rilevazione di sorgenti puntiformi 20 volte più sensibile rispetto al Very Large Array.
  • 50 antenne di 12 metri di diametro ciascuna, potenziato da un array compatto di 4 antenne da 12 metri e 12 da 7 metri.
  • Configurazioni dellarray variabili tra 150 m e 14 km.
                                     

2. Storia

ALMA è il risultato dellunione di idee diverse, che prendono origine da tre progetti: il Millimeter Array MMA per gli Stati Uniti, il Large Southern Array LSA per lEuropa e il Large Millimeter Array LMA per il Giappone.

Nel 1997 lOsservatorio Europeo Australe ESO e il National Radio Astronomy Observatory NRAO si sono accordati per proseguire in un progetto comune che unisse MMA e LSA in ciò che alla fine sarebbe stato chiamato ALMA. Il progetto finale dellarray avrebbe unito la sensibilità dellLSA con la copertura in frequenza e la miglior locazione del sito di MMA. ESO e NRAO collaborarono in gruppi tecnici, scientifici e organizzativi per definire e organizzare un progetto nato dallunione tra i due osservatori con la partecipazione del Canada e della Spagna che al tempo non faceva parte di ESO. Molte delle decisioni e degli accordi finali sono state prese nel marzo 1999, inclusa quella della scelta di "Atacama Large Millimiter Array", o ALMA, come nome del nuovo array.

Il 25 febbraio 2003 è stato firmato lALMA Agreement, tra il Nord America e i partner europei. In seguito il progetto ALMA ha ricevuto una proposta di partecipazione dallOsservatorio astronomico nazionale del Giappone NAOJ, secondo la quale il Giappone si sarebbe fatto carico della costruzione dellAtacama Compact Array ACA e di tre ricevitori aggiuntivi, per costituire lALMA potenziato. Il 14 settembre del 2004 è stato firmato lhigh level Agreement, che ha reso il Giappone un partner ufficiale nellALMA potenziato "Atacama Large Millimiter/submillimiter Array".

Per motivi essenzialmente politici è stato deciso di impiegare antenne progettate e costruite da ben note aziende in Nord America, Europa e Giappone: i fornitori hanno scelto approcci diversi nella progettazione, ma ogni antenna deve soddisfare i requisiti molto stringenti di ALMA.

Inizialmente ALMA è stata una collaborazione al 50% tra lEuropean Southern Observatory ESO e il Nord America. Larray è stato poi implementato con lingresso di nuovi partner, ovvero Giappone, Taiwan, Spagna e Cile.

Nelle immediate vicinanze, sul Cerro Chajnantor a quota 5.640 metri, è presente dal 2009 il MiniTAO Telescope, un telescopio di un metro di apertura installato dallUniversità di Tokyo. A fianco di esso è in corso di realizzazione un altro telescopio delluniversità di Tokyo, lInfrared Telescope di 6.5 m di apertura.

Sulla sommità del Cerro Chajnantor è in progetto inoltre la costruzione del Cerro Chajnantor Atacama Telescope CCAT, un grande telescopio con 25 m di apertura operante alle lunghezze donda submillimetriche. Verrà costruito da un consorzio di università nordamericane ed europee guidato dalla Cornell University. I lavori sono iniziati nel 2014 ed il completamento è previsto nel 2018

                                     

3. Partner e finanziamenti

ALMA è nato inizialmente come una collaborazione al 50-50 tra leuropeo ESO e lamericano NRAO, successivamente esteso anche a partner giapponesi, taiwanesi e cileni. Con il suo costo stimato in 1.3 miliardi di US$, è attualmente il più costoso progetto astronomico basato a terra.

I soci attuali del progetto sono:

  • ALMA-Taiwan con lAcademia Sinica Institute of Astronomy and Astrophysics ASIAA
  • National Research Council Canada
  • Repubblica del Cile
  • National Science Foundation attraverso il National Radio Astronomy Observatory e il North American Alma Science Center
  • Osservatorio astronomico nazionale del Giappone NAOJ sotto il National Institutes of Natural Sciences NINS
  • European Southern Observatory e lEuropean Regional Support Center

ALMA è finanziata in Europa dallESO European Southern Observatory, in Nord America dal US National Science Council NFS in collaborazione con il National Research Council del Canada NRC e in Asia orientale dal National Institutes of Natural Sciences del Giappone NNIS in collaborazione con lAcademia Sinica AS in Taiwan.

La costruzione di ALMA è stata diretta dallESO, per lEuropa, dal National Radio Astronomy Observatory NRAO, amministrata da Associated Universities, Inc AUI, per gli Stati Uniti, e dallOsservatorio astronomico nazionale del Giappone NAOJ. Il "Joint ALMA Observatory" JAO ha fornito la guida unificata per la costruzione, lamministrazione e il funzionamento di ALMA.



                                     

4. Costruzione

Il complesso è stato realizzato principalmente da aziende e da università europee, statunitensi, giapponesi e canadesi. Dal 2002 tre antenne prototipo sono state collaudate al sito del Very Large Array VLA nel Nuovo Messico.

La General Dynamics C4 Systems è stata incaricata da varie università di fornire 25 antenne da 12 metri, mentre le altre 25 antenne principali sono state costruite dal consorzio europeo AEM composto da Thales Alenia Space, MT Mechatronics e dalla European Industrial Engineering, in quello che è finora il più grande contratto europeo. La prima antenna è stata consegnata nel 2009, con la previsione di consegnarne circa una ogni mese. Lultima antenna è stata consegnata nellottobre 2013. I motori utilizzati per il movimento dalle antenne sono stati progettati, realizzati e installati dallitaliana Phase Motion Control.

Il trasporto delle antenne, pesanti 115 tonnellate ciascuna, dall Operations Support Facility a 2900 m di quota fino ai 5000 metri del sito è stato eseguito con lutilizzo di due veicoli speciali con 24 ruote, appositamente costruiti dalla Scheurle Fahrzeugfabrik in Germania, testati nel giugno 2007 e consegnati in febbraio 2008. I veicoli sono larghi 10 m, lunghi 20 m e alti 6 m. Il posto del guidatore ospita anche una bombola dossigeno, per aiutare lautista a respirare in alta quota. I rimorchi possono trasportare le antenne e piazzarle esattamente nel posto in cui devono essere disposte.

Il primo trasporto di unantenna, progettata dalla North American Vertex RSI, è stato eseguito nel luglio 2008 dallinterno delledificio di assemblaggio Site Erection Facility su una piattaforma esterna per test. Alla fine del 2009 le prime tre antenne sono state trasportate sul sito e sono state collegate tra loro. Il 22 gennaio 2010 è avvenuta la consegna ufficiale dello strumento.

Il 28 luglio 2011 è arrivata la prima antenna europea, portando così il totale a 16. Questo è il numero minimo di antenne necessarie per compiere le prime osservazioni e rappresenta quindi una delle pietre miliari del progetto.

                                     

5. ALMA Regional Center

LALMA Regional Center ARC è stato ideato per essere uninterfaccia tra le comunità di utenti dei maggiori contributori al progetto ALMA e il JAO. LARC è stato ulteriormente suddiviso tra le tre maggiori aree geografiche coinvolte nel progetto Europa, Nord America e Asia Orientale. LARC europeo guidato dallESO è suddiviso a sua volta in vari nodi ARC, situati in varie località europee: Bonn-Bochum-Cologne, Bologna, Ondřejov, Onsala, IRAM Grenoble, Leiden e JBCA Manchester.

Lo scopo principale dellARC è di assistere la comunità degli utenti nella preparazione delle proposte osservative, assicurare che i programmi osservativi corrispondano agli scopi scientifici del progetto, offrire un help desk per la presentazione di proposte e programmi osservativi, rilasciare i dati ottenuti ai principali responsabili dei progetti osservativi, manutenzione dellarchivio dati di ALMA, assistenza agli utenti per la calibrazione dei dati raccogliendo anche i commenti degli utenti.

                                     

6. Ricerca e risultati scientifici rilevanti

  • Marzo 2017: viene pubblicato uno studio concernente un sistema binario di stelle, LLPegasi, in cui una gigante rossa, nella fase finale della sua evoluzione, disperde gas che a causa dellorbita estremamente ellittica della sua compagna forma una struttura a spirale di gas espulsi.
  • Studiando i dati della indagine PILS Protostellar Interferometric Line Survey, tracce di isocianato di metile, una molecola complessa necessaria alla formazione proteica, sono state scoperte per la prima volta nello spazio dal telescopio ALMA in un sistema protostellare multiplo. Il sistema, IRAS 16293-2422, si trova a circa 400 anni luce nella zona di formazione stellare Rho Ophiuchi, nella costellazione dell’Ofiuco.
  • Dicembre 2016: studiando la distribuzione delle polveri e dei gas attorno alla stella HD163296, distante circa 400 anni luce dal Sole, è stata rilevata una coppia di protopianeti in fase di completamento.
  • Ottobre 2019: grazie ad ALMA è stata osservata una galassia primordiale risalente ad oltre 12 miliardi di anni fa, da un gruppo di ricercatori guidato da Christina Williams, ricercatrice allOsservatorio Steward.
  • Osservazioni in banda sub-millimetrica effettuate con ALMA di una densa nube molecolare hanno portato ad ipotizzare lesistenza di un buco nero intermedio situato quasi al centro della Via Lattea. La struttura cinematica della nube CO-0.40-0.22 e la dinamica dei suoi gas suggeriscono la presenza di un oggetto compatto delle dimensioni di 10^5 M ⊙.
  • Aprile 2017: un gruppo di ricerca a guida italiana ha osservato un disco di polveri intorno alla stella HD 169142, distante circa 420 al. La distribuzione delle polveri evidenzia una struttura composta da due anelli principali e la loro densità porta a considerare la presenza di due protopianeti in formazione.
  • Osservazioni in follow-up effettuate con ALMA hanno consentito di caratterizzare le emissioni termiche ed ulteriori parametri di 2014 UZ224 DeeDee, candidato pianeta nano a 92 UA dal Sole. Il corpo avrebbe una temperatura media di -243 °C e rifletterebbe circa il 13% della luce solare.
  • Marzo 2017: uno studio ha consentito di osservare la galassia più giovane e distante mai osservata da ALMA: A2744_YD4. Osservazioni successive effettuare con il VLT hanno confermato la datazione della galassia, risalente a 600 milioni di anni dopo la costituzione dellUniverso corrispondente ad un redshift di 8.38, durante il periodo cosiddetto di reionizzazione, A2744_YD4 risulta costituita da una notevole quantità di polvere cosmica incandescente, frutto di probabili esplosioni precedenti di supernove.
  • Studiando perturbazioni del monossido di carbonio CO presente nel disco gassoso intorno alla stella HD 163296, una giovane stella distante circa 330 anni luce, due gruppi di studio indipendenti hanno rilevato la presenza di tre pianeti, rispettivamente a 80, 140 e 260 volte la distanza tra la Terra e il Sole.
  • Aprile 2017: osservazioni della nube molecolare di Orione hanno evidenziato come la formazione di protostelle possano causare volente interazioni.

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