La UO2 è dedicata alla realizzazione di uno strumento ad altissima risoluzione spaziale per il Large Binocular Telescope, SHARK, progettato per la ricerca e caratterizzazione di sistemi planetari e di regioni di formazione stellare.
SHARK è stato selezionato, in base a bando competitivo emesso da LBTO, come strumento di seconda generazione per il Large Binocular Telescope, e si avvantaggerà della eccezionale correzione che viene fornita dai sistemi di ottica adattiva del telescopio, che rimuovono in modo quasi perfetto le aberrazioni introdotte dalla turbolenza atmosferica sulla luce proveniente dagli oggetti celesti.
Per sfruttare appieno la capacità di osservazione binoculare del Large Binocular Telescope, composto da due telescopi da 8.4m di diametro installati su un’unica montatura, lo strumento è stato diviso in due canali: in un telescopio sarà installato il canale visibile (SHARK-VIS), mentre nell’altro telescopio sarà installato il canale del vicino infrarosso (SHARK-NIR). Ogni canale consiste in una camera per osservazioni in imaging diretto, imaging coronografico e spettroscopia. Complessivamente lo strumento permette di osservare dal visibile al vicino infrarosso (da 0.45µm a 1.7µm).
La rivelazione diretta di esopianeti è il core della scienza di entrambi gli SHARK, e ha dettato quindi i loro requisiti scientifici e tecnici, ma sia SHARK-NIR sia SHARK-VIS avranno anche un ruolo molto importante nello studio della formazione stellare e delle galassie caratterizzate da nuclei attivi (AGN) molto luminosi, per i quali sarà possibile rivelare dettagli morfologici delle zone immediatamente adiacenti al nucleo quando osservati in modalità coronografica.
Le capacità spettroscopiche permetteranno inoltre di caratterizzare le atmosfere di pianeti scoperti dai telescopi Kepler, TESS e PLATO.
I due canali SHARK sono stati progettati in modo da poter essere utilizzati per fare osservazioni contemporanee con la camera infrarossa LMIRCam, già operativa al LBTO, anch’essa coronografica, che effettua osservazioni nel medio infrarosso, tra 3 e 4µm. Con l’arrivo dei due SHARK, LBTO diventerà quindi l’unico strumento al mondo capace di osservare i possibili pianeti in 3 bande spettrali diverse, rendendo in questo modo unica la scienza che potrà effettuare.
Il canale visibile di SHARK è un camera per immagini ad alta risoluzione, operante dalla luce blu (0.45µm) fino al vicino infrarosso (1µm) con alta efficienza, che sfrutta le eccellenti prestazioni dell’ottica adattiva del telescopio LBT.
Il peculiare disegno ottico del canale visibile di SHARK garantisce un’elevata perfezione ottica, cosicché, il limite alla qualità delle immagini scientifiche è legato solo alle prestazioni del sistema di Ottica Adattiva e alla turbolenza atmosferica presente al telescopio su cui è installato; in questo caso il telescopio binoculare LBT sito in cima al monte Graham in Arizona (USA).
La risoluzione delle immagini in questo strumento raggiunge il limite teorico massimo delle performance del telescopio permettendo di scoprire dettagli mai osservati prima.
Il canale visibile di SHARK sarà unico nel suo genere nell’emisfero Nord per almeno un decennio. Permetterà di cercare la luce riflessa da eventuali pianeti giganti in orbita intorno alle stelle nel raggio di 20 anni luce e studiare l’accrescimento planetario osservando la emissione Hα dell’ Idrogeno. Inoltre sarà possibile, per la prima volta, evidenziare, grazie alla alta risoluzione raggiungibile, deboli strutture di alcune sorgenti extragalattiche in luce visibile. Lo strumento migliorerà le conoscenze sulle stelle binarie strette e sarà in grado di verificare la presenza o meno di momento angolare nei fotoni delle sorgenti stellari.
In questo strumento saranno utilizzati sensori sCMOS ad alta velocità che grazie alla analisi statistica delle serie di immagini permettono di aumentare il contrasto e quindi la rivelazione di deboli sorgenti (quali gli esopianeti) in prossimità di stelle brillanti. All’interno dello strumento verranno sperimentati, inoltre, un modulo coronografico per attenuare, tramite opportuno filtraggio, la luce diffusa al contorno di sorgenti brillanti ed un sistema di stabilizzazione automatico delle immagini basato su calcolo predittivo.
Le tecnologie chiave del progetto saranno sviluppate principalmente dalle industrie italiane permettendo cosi di ampliare le loro competenze, grazie alla collaborazione di INAF, e di esportare ancora una volta il know-how italiano al di fuori delle frontiere nazionali.
Il canale infrarosso di SHARK consiste di una camera per osservazioni in imaging diretto, imaging coronografico e spettroscopia nel vicino infrarosso (da 0.96µm a 1.7µm). L’elevatissimo contrasto richiesto per rilevare esopianeti richiede una qualità ottica intrinseca dello strumento estremamente elevata in modo di trarre pieno vantaggio dalle prestazioni del sistema di ottica adattiva del telescopio, e l’implementazione di tecniche coronografiche che mascherino la luce della stella osservata per permettere di rilevare eventuali pianeti. SHARK-NIR è stato progettato in modo molto versatile, con la possibilità di implementare tecniche coronografiche diverse per mascherare la luce della stella osservata, massimizzando in questo modo la probabilità di poter osservare pianeti deboli.
Per eseguire le osservazioni binoculari è necessario che gli strumenti SHARK-VIS e SHARK-NIR siano progettati e realizzati in stretta collaborazione, curando: i) la scelta delle bande fotometriche in modo che esse risultino complementari; ii) la possibilità di ottenere osservazioni sincronizzate; iii) la gestione del telescopio senza conflitti. Ciò necessita un’architettura del sistema studiata “ad hoc”, e un software di gestione del telescopio e degli strumenti progettati opportunamente. Anche la parte riguardante la riduzione dei dati post osservazioni deve essere opportunamente studiata, coordinata e realizzata, in modo tale da assicurare che l’analisi dei dati e la produzione dei risultati scientifici siano efficienti e veloci.
Entrambi SHARK-VIS e SHARK-NIR hanno superato con successo la “Conceptual Design Review” nel Dicembre 2015 e a Marzo 2016, rispettivamente. A valle della “Final Design Review” per entrambi gli strumenti, la fase di costruzione è in corso e l’installazione al telescopio è prevista entro la fine del 2019.
Lo studio concettuale già completato e la fase di studio finale (in corso) sono stati finanziati da INAF. La costruzione del canale infrarosso (SHARK-NIR) è finanziata da INAF e co-finanziata dal Max Planck Institute di Heidelberg e dallo Steward Observatory dell’Università dell’Arizona.
L’UO2 è organizzata in 3 WPs:
- WP2.1 Coordinamento (Resp. R. Ragazzoni)
- WP2.2 SHARK-VIS (Resp F. Pedichini)
- WP2.3 SHARK-NIR (Resp J. Farinato)
Componenti l’UO2:
Baruffolo Andrea, Carolo Elena, D’Orazi Valentina, De Pascale Marco, Desidera Silvano, Fantinel Daniela, Farinato Jacopo, Giallongo Emanuele, Licausi Gianluca, Magrin Demetrio, Marafatto Luca, Mattioli Massimiliano, Pedichini Fernando, Salasnich Bernando, Stangalini Marco, Testa Vincenzo, Turatto Massimo, Vassallo Daniele.