HERMES: una costellazione di nano-satelliti per Astrofisica delle Alte Energie

Spicca il volo il progetto HERMES-Scientific Path finder (SP), finanziato dalla Commissione Europea nell’ambito del quadro H2020. HERMES-SP prevede di mettere in orbita entro il 2022 una costellazione di sei nano-satelliti dotati di rivelatori piccoli, ma tecnologicamente molto avanzati, in grado di rivelare e localizzare i raggi X emessi dalle sorgenti note come Gamma Ray Bursts (GRB). Queste sorgenti sono di estremo interesse perché collegate a eventi come la formazione o la coalescenza di stelle di neutroni e/o buchi neri a loro volta sorgenti delle onde gravitazionali rivelate sperimentalmente solo da pochi anni, ma già considerate la nuova frontiera della ricerca astrofisica. Il team di HERMES-SP è coordinato da Fabrizio Fiore dell’Osservatorio e include partner nazionali e internazionali tra istituti di ricerca, università e piccole e medie industrie.

 

Il progetto HERMES-Scientific Pathfinder (SP) è stato selezionato dalla Commissione Europea tra i vincitori del recente bando Horizon 2020 SPACE-20-SCI. HERMES-SP è coordinato da Fabrizio Fiore dell’ INAF Osservatorio Astronomico di Trieste, ed è basato su una collaborazione internazionale che include oltre all’INAF (e in particolare le strutture OATrieste, IAPS-Roma, OAS-Bologna, IASF-Milano, IASF-Palermo, OARoma), l’Università di Cagliari, il Politecnico di Milano, le Università di Trieste, Udine, Ferrara, Napoli Federico II, Palermo, le Università di Tubingen, Nova-Gorica, Eotvos Budapest, e diverse piccole e medie industrie italiane, slovene, ungheresi e spagnole. HERMES-SP si avvale anche del forte sostegno dell’Agenzia Spaziale Italiana (ASI). Il progetto HERMES-SP è ufficialmente cominciato il 1 Novembre 2018, e il Kick Off Meeting  del progetto è fissato per il 21-22 novembre 2018.

HERMES-SP prevede la realizzazione di tre nano-satelliti, equipaggiati con rivelatori X di piccole dimensioni e di alta tecnologia, che si aggiungeranno ad altri tre analoghi già in fase di realizzazione da parte di ASI. La costellazione HERMES-SP sarà dedicata all’osservazione di Gamma Ray Burst (GRB), che sono delle enormi esplosioni cosmiche che avvengono quando una stella muore o quando avviene la coalescenza di due stelle di neutroni, o di una stella di neutroni e un buco nero. HERMES-SP sarà in grado, da qui a pochi anni, di localizzare queste enormi esplosioni cosmiche con una precisione variabile tra pochi gradi e qualche minuto d’arco, in tal modo fornendo un contributo di rilievo alla cosiddetta “astrofisica multi-messenger”. Questa nuova frontiera della ricerca è nata nell’agosto 2017 con l’osservazione dell’evento di onde gravitazionali GW170817 da parte di Ligo/Virgo e della relativa controparte elettromagnetica, trovata grazie alla rapida e accurata localizzazione con i satelliti operanti nei raggi X e gamma (NASA Fermi, Swift, Chandra, ESA INTEGRAL, ASI AGILE).

Nei prossimi anni la sensibilità di Advanced Ligo/Virgo aumenterà in modo significativo, consentendo il rilevamento di eventi legati a fusioni di stelle di neutroni in un volume cosmico circa 1000 volte maggiore rispetto al recente passato, e rendendo l’individuazione della controparte elettromagnetica proporzionalmente più difficile. I satelliti che hanno contribuito alla osservazione del GRB associato a GW170817 sono però operativi da almeno 10 anni, stanno invecchiando e non è garantito che resteranno operativi nella prossima decade. La NASA e l’ESA hanno ricevuto già diverse proposte per selezionare i successori di queste missioni, e l’ESA ha di recente selezionato per lo studio di fase A la missione THESEUS, a guida italiana. Il tempo di sviluppo di THESEUS però è di oltre dieci anni, e, se approvato, entrerà in funzione solo dopo il 2030. 

A questo punto entra in gioco HERMES, un progetto ideato nel 2016 da Luciano Burderi dell’Università di Cagliari e da Fabrizio Fiore dell’INAF, che ha coinvolto via via ASI, il Politecnico di Milano per la realizzazione dei nano-satelliti, e vari altri atenei e realtà industriali italiane e in diversi paesi europei.  “HERMES può offrire un percorso più breve e meno costoso per fornire un complemento a queste missioni complesse”, spiegano Burderi e Fiore.

Il progetto si basa su una costellazione di nano-satelliti, delle dimensioni di una bottiglia di champagne, che ospitano rivelatori piccoli ma tecnologicamente molto avanzati. Michèle Lavagna del Politecnico di Milano e il suo gruppo di lavoro si occuperanno dello sviluppo e della costruzione delle piattaforme di volo miniaturizzate ad alta prestazione, dell’integrazione degli strumenti a bordo e delle qualifiche dell’intero sistema per l’accettazione al lancio in orbita. Claudio Labanti e Marco Feroci, assieme a un vasto gruppo di lavoro che include sei strutture INAF, oltre che le università di Trieste, Pavia, Udine, Politecnico di Milano, l’INFN di Trieste e la Fondazione Bruno Kessler, si occuperanno dello sviluppo del sensore miniaturizzato, di nuovissima generazione per il rilevamento di eventi cosmici ad alta energia.

Questo obiettivo ambizioso sarà raggiunto utilizzando le cosiddette “disruptive technologies”: tecnologie poco costose ma in grado di fornire un alto impatto nell’area in cui sono adottate. Non solo HERMES dimostrerà che si può fare una buona scienza con una costellazione di satelliti molto piccoli e basso costo, ma anche altre applicazioni, sia scientifiche che commerciali, beneficeranno di questi sviluppi.

Essendo basato su nano-satelliti relativamente poco costosi e con un tempo di sviluppo di pochi anni HERMES è un progetto facilmente scalabile. Il primo passo è stato l’approvazione del progetto HERMES-TP, coordinato da Simone Pirrotta dell’ASI. HERMES-SP è il secondo importante passo, che permetterà di effettuare esperimenti di posizionamento di GRB già con sei satelliti e a partire dal 2022. Il passo finale sarà la realizzazione di una grande costellazione di nano-satelliti che permetterà di rivelare e posizionare GRB su tutta la volta celeste, con accuratezza inferiore all’arcominuto, sufficientemente buona quindi per identificare le loro galassie ospiti in maniera non ambigua. 

 

 

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