Sacco: studieremo i raggi cosmici dallo Spazio
Direttore dell'Istituto di Fisica Cosmica ed Applicazioni all'Informatica

L'Istituto da Lei diretto presenta una denominazione piuttosto particolare, che affianca alla fisica cosmica una disciplina molto diversa: l'informatica. Vuole spiegarmi il motivo di questa convivenza di discipline diverse, come l'attività dei due settori si esplica e che rapporti di lavoro vi sono?

L'istituto nasce nel 1981 a partire da un gruppo di ricercatori e tecnici che operava già a Palermo sotto la guida scientifica del Prof. Livio Scarsi. Del nucleo originario faceva parte anche un gruppo di ricercatori che si occupava di informatica applicata all'Astrofisica studiando ed elaborando gli algoritmi matematici più adatti all'analisi delle immagini o serie temporali derivanti da osservazioni astronomiche. Questa linea di informatica applicata è ancora viva in Istituto, va però precisato che la maggior parte dei ricercatori opera nel campo dell'Astrofisica alle Alte Energie. L'attività scientifica preminente consiste, infatti, in osservazioni dallo spazio di sorgenti celesti in banda X e Gamma. La strumentazione necessaria alle osservazioni viene posta a bordo di satelliti o di palloni stratosferici, che raggiungono altezze sufficienti ad evitare lo schermo naturale alla radiazione X e Gamma costituito dall'atmosfera terrestre.

In alto: esperimento baby per la misura della radiazione del fondo UV atmosferico lanciato in pallone dalla base ASI di Trapani Milo (agosto 1998). In basso: partenza dell'esperimento FIGARO II dalla base di Charleville in Australia (1988)

Sempre nell'ambito dell'Astrofisica, ed in parallelo a questa linea di ricerca, vi è lo studio dei Raggi Cosmici, particelle di altissima energia che in atmosfera si frammentano provocando uno sciame di particelle meno energetiche della particella primaria. L'osservazione dello sciame e l'identificazione statistica delle sue componenti (elettroni, positroni, mesoni, fotoni, ecc.) permette di capire, ove possibile, la natura della particella primaria, se si tratta cioè di un protone o di un nucleo di atomo più complesso o di un fotone Gamma.

Accanto a questi studi vi sono, come già detto, quelli di Informatica, che vanno dall'analisi di immagini derivate da dati astronomici all'analisi di immagini in movimento veloce, analisi che si avvale di tecniche di calcolo avanzato su computer paralleli; questo settore, di carattere applicativo, ha interessanti e molteplici ricadute anche nel controllo di processi industriali.

L'Astrofisica è, mi ha detto, il prevalente campo d'azione dell'IFCAI. Quali sono allora le principali missioni spaziali alle quali l'Istituto ha preso parte e quali i risultati più rilevanti raggiunti?

La missione spaziale più rilevante tra quelle a cui l'IFCAI partecipa è BeppoSAX: il primo satellite italiano varato per scopi scientifici e, più precisamente, per studi di Astronomia in banda X, realizzato dall'ASI (Agenzia Spaziale Italiana) in collaborazione con la NIVR (Agenzia Spaziale Olandese). SAX è l'acronimo di Satellite per Astronomia X, il prefisso Beppo è stato aggiunto quando la missione è stata dedicata ad un eminente fisico italiano, Giuseppe Occhialini, recentemente scomparso. L'IFCAI ha la responsabilità scientifica di due dei cinque esperimenti a bordo del satellite: HPGSPC (High Pressure Gas Scintillator Proportional Counter) e il MACS (Medium Energy Concentrator Spectometer), quest'ultimo realizzato in collaborazione con un altro Istituto del CNR,

l'IFCTR (Istituto per Ricerche di Fisica Cosmica e Tecnologie Relative) di Milano. L'IFCAI partecipa, inoltre, alla gestione scientifica della missione e al suo programma osservativo.

BeppoSAX svolge un'importantissima funzione di osservatorio internazionale per astronomia X ed ha raggiunto, nei primi due anni di operazione in orbita, risultati molto significativi, come le scoperte fatte sui cosiddetti lampi Gamma per le quali ha, recentemente, ricevuto il premio "Bruno Rossi" da parte dell'American Astronomical Society. I ricercatori dell'IFCAI utilizzano l'opportunità offerta dalla missione principalmente per lo studio dell'emissione X da Pulsar isolate o in sistemi binari.

L'Istituto ha anche partecipato a missioni spaziali dell'ESA (European Space Agency) come il satellite EXOSAT, lo SPACELAB ed il satellite per astronomia Gamma COS-B, che è stata la missione spaziale internazionale nel cui ambito quelli tra noi più anziani si sono formati dal punto di vista scientifico.

Attualmente collaboriamo anche ad INTEGRAL, una futura missione astronomica dell'ESA ed alla missione russa Spectrum X-Gamma.

L'Istituto utilizza anche strumentazione a bordo di palloni stratosferici che volano ad alta quota (35-40 km). L'esperimento FIGARO per lo studio delle Pulsar ad energie Gamma è stato lanciato più volte con successo dalla Sicilia, con recupero in Spagna, e dall'Australia per le sorgenti dell'emisfero sud. A parte le Pulsar, FIGARO ha fornito importanti risultati sulla riga di annichilizione degli elettroni e positroni, in emissione dal centro della nostra Galassia.

Quali sono le principali collaborazioni dell'IFCAI?

Le missioni spaziali sono complesse e costose e quindi la realizzazione di un progetto impone grosse coalizioni, spesso internazionali, tra le istituzioni del settore; per i ricercatori che operano in questo campo le collaborazioni sono, forse più che altrove, un elemento essenziale dell'attività.

In ambito nazionale esiste una sinergia molto forte con gli altri Istituti CNR che si occupano di Astrofisica alle Alte Energie e cioè l'IFCTR, l'ITESRE (Istituto di Studio e Tecnologie sulle Radiazione Exraterrestri) e l'IAS (Istituto di Astrofisica Spaziale) che hanno sede rispettivamente a Milano, Bologna e Roma; ma frequenti sono anche i rapporti con gruppi universitari di Astrofisica e con gli Osservatori Astronomici.

Quali sono i progetti per il futuro dell'Istituto?

"Air Watch from Space" è il progetto cui l'Istituto intende dedicare gran parte delle proprie risorse in futuro. È un progetto nell'ambito dello studio dei Raggi Cosmici di energia estrema, che si propone di studiare il fenomeno dallo spazio anziché da terra, come si fa tradizionalmente. I Raggi Cosmici di alta energia, infatti, possono essere rivelati, ovviamente di notte, attraverso la fluorescenza UV emessa dallo sciame di particelle elettricamente cariche, che interagiscono con l'azoto atmosferico. La strumentazione posta a terra, a livello del mare o a quota montana, può osservare solamente una parte piccola di atmosfera terrestre, di contro un satellite orbitante a qualche centinaio di chilometri dalla superficie terrestre può osservare contemporaneamente fino ad un milione di km quadrati di atmosfera, riuscendo a raccogliere, in un anno di missione, quello che i più avanzati progetti da terra riuscirebbero a fare in 10 o più anni.

L'Istituto ha gia iniziato un'attività sperimentale e osservativa per l'acquisizione dei parametri fisici principali per la missione "Air Watch from Space": l'efficienza di produzione di luce UV da azoto eccitato viene misurata presso il LAX (Laboratorio a Raggi X) che gestiamo in convenzione con il DEAF (Dipartimento di Energetica ed Applicazioni della Fisica) dell'Università di Palermo. La luce di fondo UV atmosferico viene misurata a diverse fasi lunari ed a diverse altezze con l'esperimento BABY su pallone stratosferico. Il primo volo, fatto nello scorso luglio dalla base ASI di Milo (Trapani), ha gia fornito risultati significativi.

Per quanto riguarda il futuro dobbiamo anche tenere presente che il CNR sarà ristrutturato. In quest'ambito io, assieme ad altri colleghi, sono a favore della fusione degli Istituti del CNR che si occupano di Astrofisica in un unico Organo con una forte autonomia decisionale: l'attività di ricerca risulterebbe più efficiente, meglio coordinata e maggiore sarebbe la visibilità esterna dei risultati conseguiti.