MicroSpec: nuovo rivoluzionario strumento su chip per studiare l'universo

Negli ultimi anni, gli scienziati hanno cominciato a farsi un'idea di come doveva essere l'universo quando era "bambino", hanno anche sviluppato una migliore comprensione di com'è l'universo oggi, ma ancora non sappiamo quasi nulla di com'era fatto l'universo durante la sua "adolescenza", cioè il periodo della nascita delle primissime galassie. Tuttavia, grazie ai progressi tecnologici recenti, la comunità scientifica spera di poter gettare nuova luce anche su questo periodo grazie ad una nuovissima tecnologia che ha il potenziale di rivoluzionare il modo in cui esploriamo l'universo, con la possibilità di arrivare ad una sensibilità oltre 10.000 volte maggiore rispetto ai più avanzati osservatori infrarossi di oggi.

Wafer contenente i nuovi chip sviluppati per lo strumento MicroSpec.

Questo strumento è progettato per raccogliere dati da oggetti così distanti dalla Terra che non sono più visibili in luce ottica, ma soltanto nelle bande infrarosse dello spettro elettromagnetico. In particolare, questo strumento, che alla base è uno spettrometro, misurerà le proprietà della luce infrarossa per identificare la composizione dell'oggetto osservato e le sue proprietà fisiche.
Una delle cose più impressionanti di questo nuovo strumento riguarda non solo la sua potenza ma anche la sua dimensione. Sarà infatti estremamente più piccolo rispetto agli strumenti attuali. Tant'è che può essere interamente costruito su un classico wafer per la costruzione dei chip. E' un po' come poter avere un osservatorio gigantesco nel palmo della mano, delle dimensioni di un semplice chip.

"Questo nuovo strumento è in fase di sviluppo e perfezionamento presso il Goddard Space Flight Center della NASA e sarà al centro di molti piani per future missioni spaziali per indagini astrofisiche" ha spiegato l'astrofisico Harvey Moseley, che sta guidando lo sviluppo di questo nuovo strumento. "Si tratta di un concept del tutto nuovo e rivoluzionario e se riusciamo a dimostrare il suo funzionamento, tutti lo vorranno avere."

Anche se questa nuova tecnologia potrebbe essere applicata per rispondere ad una varietà di domande scientifiche, il team l'ha sviluppato pensando in particolare allo studio dell'evoluzione dell'universo, e, per estensione, del posto degli umani al suo interno.

Altre passate missioni NASA, tra cui anche il COsmic Background Explorer (COBE) ed il Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP), sviluppate sempre presso il Goddard Space Flight Center, ci hanno mostrato le prime fasi dell'Universo con un dettaglio senza precedenti, ed i loro dati sono tra le prove più schiaccianti alla base della validità del modello cosmologico detto del "Big Bang". Queste due sonde sono infatti riuscite a trovare le tracce della Radiazione Cosmica di Fondo (Microwave Background Radiation): cioè la radiazione elettromagnetica residua, prodotta dal Big Bang, che permea l'universo.
Le sonde hanno trovato tracce anche di piccolissime differenze nella temperatura, che sono segni della differenza nella densità alla base della formazione delle prime galassie circa 400.000 milioni di anni dopo il Big Bang.
Tuttavia, gli scienziati devono ancora riuscire a studiare questi oggetti con grande precisione. Così come mancano ancora le osservazioni della luce emessa da quei elementi fondamentali per la vita, creati dalle prime stelle e dispersi poi per tutto l'universo da esplosioni stellari e collisioni galattiche.

"Poco dopo il Big Bang, gli unici elementi presenti in abbondanza erano l'idrogeno e l'elio" ha spiegato Moseley. "La formazione di stelle, ha comportato la fusione nucleare di questi elementi e la nascita di nuovi elementi più complessi. Le stelle che hanno forgiato questi elementi sono ormai scomparse ma possiamo, con questo nuovo strumento, trovare i loro segni"

Costruendo il MicroSpec, gli scienziati sperano di studiare in dettaglio questa specifica parte della storia lunga 14 miliardi di anni dell'Universo.

Ma com'è stato possibile sviluppare questo nuovo strumento? In poche parole, Moseley, Hsieh, il Jet Propulsion Laboratory e l'Università di CalTech hanno unito le loro forze per trovare un modo per diminuire drasticamente le dimensioni di uno spettrometro. Comparato agli attuali spettrometri, grandi più o meno come una scrivania, l'intero MicroSpec, montato e pronto, in cui sono inclusi rilevatori, sistemi ottici e filtri, può benissimo entrare in un wafer spesso 400 micrometri, 4 volte lo spessore di un capello umano, e lungo 4 inch in diametro (10.16 cm).

"La nostra idea era quella di riuscire a integrare tutto in modo molto condensato così che si possano avere dispositivi piccolo con prestazioni migliori" ha spiegato Carl Stahle, ingegnere della NASA presso il Goddard Space Flight Center. "E dato che i componenti sono assemblati su silicio, il MicroSpec è uno strumento che può essere prodotto in massa già da ora, proprio come un normalissimo chip per computer.

Immagine di Harvey Moseley insieme al MicroSpec, che tiene in mano, davanti al sistema di raffreddamento sviluppato. 

Questo significa che una futura sonda potrebbe partire dal mettere insieme numerosi MicroSpec, assemblandoli in un'unico strumento.

Un'ulteriore caratteristica rivoluzionaria di questo nuovo strumento è la sua straordinaria capacità di raccogliere molta più luce rispetto agli attuali strumenti. Questo significa che per un'osservazione che Hubble dovrebbe essere usato per un'anno intero, basterà qualche ora con il MicroSpec. "La chiave sta tutta nel capire cosa puoi fare con un wafer di silicio. E questa il tuo strumento su un chip." ha spiegato Stahle.

Ma non finisce qui, questo strumento, che non smette di stupire, è anche in grado di essere raffreddato a temperature più basse e in modo molto meno dispendioso. Per rilevare la luce infrarossa, infatti, questo strumento deve essere più freddo rispetto alla temperatura che lo circonda. Un telescopio spaziale a infrarossi viene raffreddato a quasi lo zero assoluto per poter essere più freddo dello spazio interstellare stesso. Questo gli permette di rilevare il calore emesso da oggetti che in realtà sono estremamente freddi, ma non freddi quanto lui. Quindi, in altre parole, più si riesce a raffreddare un telescopio a infrarossi, migliore sarà il segnale ricevuto. Moseley ed il suo team hanno intenzione di usare un nuovo sistema di raffreddamento sviluppato presso il Goddard per tenere il MicroSpec a soltanto 1 decimo di grado sopra lo zero assoluto.

Il futuro sembra brillare per questo nuovo strumento. La sua dimensione ridotta e altissima sensibilità lo rendono perfetto per una grandissima varietà di missioni che vanno da osservatori giganteschi come il Hubble o missioni sub-orbitali come palloni aerostatici o aerei. "E' molto flessibile, adattabile. Ogni volta che riusciamo a trovare uno strumento con la capacità di offrire un miglioramento per un fattore di 10, è grandioso, ma questo strumento promette un miglioramento 10.000 volte maggiore " conclude Stahle.

Fonte: Link2Universe.net