Attività di Ricerca

ANDES (https://andes.inaf.it)  è uno degli strumenti per il futuro telescopio ottico-infrarosso da 39m, l’ELT (Extremely Large Telescope - https://elt.eso.org), attualmente in fase di costruzione sulla montagna Cerro Armazones, nel Deserto di Atacama in Cile. Si tratta di uno spettrografo ad alta risoluzione, estrema precisione e stabilità, in grado di coprire, con una singola osservazione, un intervallo in lunghezze d’onda dall’U (0.35 µm) al K (2.4 µm). Per garantire questi requisiti, l’architettura di ANDES prevede uno strumento modulare, composto da quattro spettrografi, stabilizzati in temperatura e pressione, posti in camere a vuoto, aventi dimensioni superiori a qualsiasi spettrografo analogo costruito finora. I vari spettrografi sono alimentati da fibre che portano la luce dell’oggetto astronomico sotto osservazione all’interno degli spettrografi dove viene scomposta nelle singole lunghezze d’onda. ANDES è equipaggiato anche con un modulo di ottica adattiva in grado di correggere e sostanzialmente annullare gli effetti della turbolenza atmosferica e da un sistema di calibrazione all’avanguardia per garantire la necessaria precisione ed accuratezza richieste per l’analisi degli spettri ottenuti.

I casi scientifici più importanti che ANDES si prefigge di studiare sono la caratterizzazione delle atmosfere di esopianeti, in particolare di quelli simili alla Terra, con l’intento di rilevare possibili tracce di vita (biosignatures), studiare in dettaglio le prime stelle nate nell’Universo, scoprire possibili variazioni delle costanti fondamentali della fisica e misurare direttamente l’accelerazione dell’Universo (Sandage test).

In ANDES, il team OATs svolge un ruolo di primaria importanza  con responsabilità in varie discipline con argomenti che vanno dal design ed implementazione del software ed elettronica di controllo e del software scientifico, al management per la costruzione di tutto lo strumento, oltre all’interesse scientifico in varie aree tematiche.

Contact person: Paolo Di Marcantonio (ANDES Project manager)

Team: 

project management: Paolo Di Marcantonio, Veronica Baldini, Valentina Alberti

control electronics: Igor Coretti, Veronica Baldini, Antonio Sulich

control software: Veronica Baldini, Giorgio Calderone, Roberto Cirami

science software: Elena Mason, Guido Cupani

science team: Valentina D’Odorico, Chiara Feruglio, Stefano Cristiani

 Rappresentazione artistica del telescopio ELT con sovraimposto il logo di ANDES.

Architettura di ANDES con i quattro spettrografi e la rispettiva copertura in lunghezza d’onda

Rappresentazione artistica del posizionamento dei vari moduli di ANDES all’ELT.

FORS2 (ESO - FORS)  è uno spettrografo multi-modo montato sul fuoco Cassegrain del telescopio UT1 del Very Large Telescope (VLT) dell'ESO. FORS2 ha visto la prima luce nell'Aprile 1999 e da allora è in uso alla comunità astronomica internazionale. Grazie alla sua versatilità è definito il coltellino svizzero degli strumenti al VLT il che lo rende ancora oggi uno degli strumenti più richiesti.

Nel modo imaging FORS2 è in grado di fornire immagini di altissima qualità in un campo visivo di 6.8x6.8 arcmin (utilizzando il collimatore standard) e di 4.2x4.2 arcmin  (con il collimatore ad alta risoluzione) dalla banda U alla banda Z con la possibilità di utilizzare diversi filtri a larga banda ed interferenziali. Può eseguire poi spettrografia in tre modalità: a fessura lunga, multioggetto con 19 fenditure configurabili in tempo reale e multioggetto utilizzando maschere, preparate a parte, con fenditure di lunghezza, larghezza e angolo arbitrari. Lo strumento è equipaggiato con  svariati grism in grado di fornire risoluzioni variabili tra 260 e 2600. Infine FORS2 può essere utilizzato anche come polarimetro sia in imaging che spettroscopia. 

FORS2 (con il gemello ora dimesso FORS1) sono tra gli strumenti più produttivi al VLT con oltre 2500 pubblicazioni referate all’attivo che coprono le più diverse aree tematiche dell'astronomia moderna.

Nell’ambito del progetto FORS (denominato FORSUp), il team OATs, è responsabile del rifacimento dell’elettronica e del software di controllo di FORS2, entrambi ormai diventati obsoleti. In particolare il progetto prevede la sostituzione di FORS2 con il gemello FORS1 opportunamente aggiornato mediante l’utilizzo di nuovissime tecnologie sviluppate per l’ELT (Extremely Large Telescope - https://elt.eso.org). E’ previsto inoltre un supporto del team OATs per tutte le attività di installazione presso il VLT (commissioning) e per la verifica scientifica della bontà del rifacimento.

Contact person: Paolo Di Marcantonio (FORSUp coordinatore locale)

Team: 

elettronica di controllo:  Antonio Sulich, Igor Coretti, Veronica Baldini

software di controllo: Sara Bertocco, Giorgio Calderone, Roberto Cirami, Matteo Porru,

attività scientifiche: Veronica Strazzullo

Parte sinistra: sezioni dello strumento attualmente presso la sala di integrazione di Basovizza;

Parte centrale: schema di FORS2; Parte destra: FORS2 come attualmente montato sull’UT1 al VLT

NGC 1232 (FORS1, prima luce): una tra le più iconiche immagini astronomiche del XX secolo

CUBES (Cassegrain U-Band Efficient Spectrograph, https://cubes.inaf.it), è il futuro spettrografo dell'ESO che sarà installato in un fuoco Cassegrain del VLT con l'obiettivo di coprire con alta efficienza la regione UV (300 - 405 nm) con risoluzione intermedia (circa 20 K).

Lo strumento è composto da diversi sottosistemi: un’unità di calibrazione, un sottosistema di fore-optics, avente lo scopo di fornire un fascio collimato all’ADC e iniettare la luce nell’image slicer, un sistema di Acquisition & Guiding, per l’acquisizione iniziale del campo scientifico e per la guida secondaria, due image slicers usati rispettivamente nei modi High-Resolution and Low-Resolution e uno spettrografo, composto da due bracci ciascuno con il proprio grating ottimizzato e il proprio detector scientifico.

CUBES ha due configurazioni spettrali: R >= 19,000 (HR), e R ~ 5,000 (LR), selezionabili attraverso gli image slicers. Inoltre, CUBES prevede un “Active Flexure Compensation System” in grado di compensare le flessioni differenziali tra il piano focale di output dello slicer e il piano del detector.

La scienza di CUBES copre casi galattici, galattici e del sistema solare, in particolare la nucleosintesi degli elementi pesanti, l’accrescimento e l’outflow in stelle giovani, lo studio della massa barionica mancante, l’escape fraction da galassie ad alto redshift, la scienza cometaria e lo studio dei transienti.

Il progetto si trova attualmente nella fase di Final Design (Final Design Review prevista per la seconda metà del 2024), dopo aver superato la Preliminary Design Review alla fine del 2022 e le Long Lead Item Reviewsdell’ottica e dei detector scientifici (rispettivamente a giugno e novembre 2023). La prima luce dello strumento è attualmente prevista nel 2029.

All’interno del progetto il personale INAF – OATs, oltre ad essere coinvolto in varie tematiche scientifiche, è responsabile del management dello strumento, dell’elettronica di controllo e del software, sia di controllo che scientifico.

Contact person: Roberto Cirami (CUBES Project manager)

Team: 

Project management: Roberto Cirami

Control electronics: Igor Coretti, Veronica Baldini, Antonio Sulich

Control software: Giorgio Calderone, Matteo Porru, Paolo Di Marcantonio

Science software: Guido Cupani, Mariagrazia Franchini

Science team: Valentina D’Odorico, Gabriele Cescutti, Stefano Cristiani

Dissemination: Veronica Baldini

CUBES logo 

Diagramma funzionale di CUBES

 Overview della struttura di CUBES

Il progetto Interferometric Bidimensional Spectrometer 2.0 (IBIS 2.0, https://www.ibis20.inaf.it/overview) punta a realizzare uno strumento per la spettropolarimetria solare bidimensionale ad alta risoluzione da installare all’Osservatorio del Teide alle Isole Canarie, realizzando l’upgrade dello strumento IBIS che è rimasto in operazione dal 2003 fino al 2019 al Dunn Solar Telescope (DST) del National Solar Observatory degli Stati Uniti. Nel 2019 lo strumento è stato riportato in Italia presso l’INAF - Osservatorio Astronomico di Roma (PI Ilaria Ermolli) per un aggiornamento complessivo del sistema ottico, dei componenti meccanici, elettronici e del software di controllo.  IBIS 2.0 combina due interferometri Fabry-Pérot, filtri di interferenza a banda stretta, un'unità polarimetrica, due camere scientifiche e un controllo adatto all'acquisizione di nuovi dati spettropolarimetrici ad alta risoluzione dell'atmosfera solare nell'intervallo spettrale 580-860 nm. Si prevede che i dati vengano acquisiti con brevi esposizioni ad alta cadenza con controllo remoto. Il progetto ha subito diverse fasi a causa dell'evoluzione e della disponibilità dei telescopi solari dell'Osservatorio del Teide. In particolare, è stata inizialmente studiata la disposizione opto-meccanica dello strumento per l'installazione con disposizione orizzontale su un tavolo ottico al Vacuum Tower Telescope (VTT), ma nell'ultimo anno sono state prese in considerazione anche configurazioni alternative. In particolare, è stata studiata la disposizione opto-meccanica dello strumento per l'installazione su un telescopio in posizione verticale. Questa condizione impone diverse revisioni alla struttura complessiva dello strumento, richiedendo un’attenta analisi delle deformazioni e deviazioni dovute alla gravità e alle vibrazioni. Ciò è stato fatto con simulazioni per ciascun componente dello strumento e per l'integrazione complessiva. Il lavoro di simulazione ha portato all'introduzione di componenti più rigidi di quelli considerati per una configurazione orizzontale. Inoltre, il lavoro di progettazione e simulazione è stato integrato con un test di laboratorio per testare le condizioni di ciascun elemento e dell'assemblaggio complessivo dello strumento quando questi sono appesi verticalmente su binari ottici fissati alle pareti. Nel corso del 2023, le attività di laboratorio hanno portato anche all'ulteriore sviluppo e sperimentazione del nuovo controller digitale per grandi etalon Fabry-Pérot realizzato nell'ambito del progetto H2020 Getting Ready for EST (GREST). Il progetto IBIS 2.0 coinvolge attualmente personale degli Osservatori INAF di Roma, Trieste, Catania, Brera e Capodimonte, e dell'Università di Roma Tor Vergata. In particolare, INAF - OATs è responsabile della parte di management del progetto e dell’elettronica e del software di controllo.

Contact person: Roberto Cirami (IBIS 2.0 Project Manager)

Team: 

Project Management: Roberto Cirami

Control Electronics: Veronica Baldini, Igor Coretti

Control Software: Roberto Cirami, Paolo Di Marcantonio, Sara Bertocco

IBIS 2.0 logo

Osservazioni di una macchia solare effettuate  da IBIS al DST nel 2016.

Overview di IBIS 2.0 assemblato a INAF - OAR.

Trieste Solar Radio System 2.0 (TSRS 2.0) è il progetto per un nuovo radio spettro-polarimetro solare di ultima generazione dedicato al monitoraggio continuo dell’emissione radio solare nell’intervallo di frequenze compreso tra 1 e 18 GHz. La nuova facility, ospitata nella sede osservativa di Basovizza, è attualmente in fase di commissioning. Essa sarà uno dei nodi osservativi della futura Rete di Servizi Nazionali  dell’INAF per lo Space Weather che coinvolge vari assetti operativi dell’INAF dedicati allo Space Weather. Il sistema è costituito da  un’antenna parabolica di 3.7 metri di diametro, un alimentatore a banda larga con polarizzatore, un ricevitore con digitalizzatore ad alta risoluzione, un supporto alt-azimultale motorizzato e un sistema di controllo. Sarà in grado di eseguire osservazioni solari radio in tempo quasi reale nelle frequenze osservative, con un'attenzione particolare alla banda L (1,1-1,6 GHz) e al flusso solare a 10,7 cm (2800 MHz), utilizzato come indicatore di attività solare. Inoltre, fornirà dati accurati sulla polarizzazione circolare, un tipo di misurazione che solo poche strutture radio esistenti possono effettuare. Una volta completata l’attività di commissioning e reso operativo, TSRS2.0 sarà uno strumento diagnostico prezioso grazie alle sue caratteristiche peculiari nell’ambito dello Space Weather, dando supporto sia agli aspetti applicativi che scientifici.

TSRS2.0 : Riflettore parabolico di diametro 3.7 m

Architettura di TSRS2.0

A seguito di un rinnovato interesse per le osservazioni radio solari e la fisica radio solare, è in corso un progetto per rendere disponibili  i dati prodotti dal precedente sistema di antenne radio solari operante a Trieste dal 1999 al 2010. Tale sistema, denominato TSRS1.0, era costituito da 2 radio polarimetri multicanale finalizzati al monitoraggio delle emissioni radio solari dalla corona in regime decimetrico e metrico. A causa di limitazioni di risorse, comprese quelle finanziarie e di personale, l'archivio di questi dati non fu più accessibile per problemi di manutenzione e supporto nel tempo. Recentemente, la comunità solare ha sottolineato l'importanza di massimizzare l'utilizzo di questo prezioso patrimonio di dati, promuovendo la valutazione di nuove strategie di conservazione dei dati stessi. L'obiettivo primario del team è migliorare l'accessibilità all’archivio TSRS Heritage (TSRS-HA) garantendone l’aderenza ai principi FAIR e agli standard IVOA. Pertanto, è stata pianificata una completa ristrutturazione di TSRS-HA, che comprenderà l'implementazione di nuove strategie di standardizzazione, accesso e digitalizzazione. Questo sforzo mira anche a costituire un banco di prova per valutare le funzionalità, le performance e la fattibilità dell'archivio del nuovo TSRS2.0. Lo studio, la progettazione e la realizzazione di tale archivio poggiano sull'infrastruttura dati fornita da IA2.

TSRS1.0: Antenna parabolica da 10 m di diametro (pannello a sinistra); antenna parabolica da 3 m di diametro (pannello a destra)

Referenze:

• TSRS Heritage (TSRS-HA) : https://pretalx.com/adass2023/speaker/8LPWTF/

• 0 project: G. Jerse et al., "Solar radio emission surveillance by the Trieste Solar Radio System 2.0," 2020 XXXIIIrd General Assembly and Scientific Symposium of the International Union of Radio Science, Rome, Italy, 2020, pp. 1-4, doi: 10.23919/URSIGASS49373.2020.9232417.

Contact person: Giovanna Jerse

Team: Valentina Alberti, Veronica Baldini, Sara Bertocco, Igor Coretti, Giovanna Jerse, Adriana Marcucci, Mauro Messerotti, Marco Molinaro

ASTRI (http://www.astri.inaf.it)nasce come progetto bandiera MIUR finalizzato allo sviluppo tecnologico della prossima generazione di telescopi IACT (Imaging Atmospheric Cherenkov Telescope) per astronomia in raggi gamma da terra. ASTRI è impegnato nella costruzione dell’ASTRI Mini-Array, un insieme di 9 telescopi, di cui i primi tre sono già stati realizzati, in corso di installazione presso l’Osservatorio del Teide nell’isola di Tenerife (Canarie) e rappresenta il primo sistema di telescopi Cherenkov atmosferici completamente dedicati allo studio dell’emissione gamma ad altissima energia (1 – 100 TeV) da parte di sorgenti cosmiche. L’ASTRI mini-array rappresenta a sua volta il precursore dell’array di 40 telescopi SST (Small Size Telescopes) che saranno implementati in Cile, a Paranal, nell’ambito del Cherenkov Telescope Array Observatory (CTAO).

In ASTRI il team OATs si occupa dello sviluppo del software di basso livello per il controllo degli ultimi sei telescopi facenti parte del progetto. Il sistema di controllo di ognuno dei sei telescopi sarà composto da un PLC Beckhoff (C6920-0070) denominato TCU (Telescope control unit) sviluppato utilizzando l’ambiente di sviluppo TwinCAT. TCU sarà dedicato al controllo del movimento del telescopio, generazione traiettorie,  comprese le procedure necessarie per la sua manutenzione, le prove e le attività di calibrazione. TCU gestirà anche la supervisione dello stato di tutti i sotto-dispositivi del telescopio (camera, alimentazioni ecc.) e in collaborazione con un PLC di safety (EL6910) sempre Beckhoff, gestirà segnali I/O degli interblocchi e la logica delle procedure di sicurezza. Fornirà inoltre il monitoraggio di tutti i parametri relativi al movimento e allo stato dei dispositivi hardware. 

ASTRI: immagine del telescopio prototipale

Rappresentazione artistica di emissione gamma ad altissima energia.

Contact person: Paolo Di Marcantonio

Team:  Veronica Baldini, Igor Coretti, Antonio Sulich

Lo Square Kilometre Array Observatory (SKAO) rappresenta l’ultima frontiera nel campo della radio astronomia. I suoi due telescopi scandaglieranno il cielo in bande di frequenza complementari, 350MHz - 15.4 GHz, SKA Mid e 50 MHz - 350MHz SKA Low, con potere risolutivo, sensibilità e velocità di survey decisamente migliorate rispetto alla strumentazione attualmente disponibile. Gli strumenti sono costituiti rispettivamente da 197 antenne paraboliche e 131.172 antenne log periodiche raggruppate in 512 stazioni e sono attualmente in fase di costruzione nelle regioni del deserto del Karoo in Sud Africa (SKA Mid) e in Australia dell’ovest nella zona di Murchison (SKA Low).

SKAO offrirà alla comunità scientifica l’opportunità di studiare il funzionamento interno delle galassie, dei buchi neri, esplorando le origini del magnetismo cosmico e l’evoluzione delle onde gravitazionali e consentendo una vasta gamma di ulteriori indagini scientifiche. L’enorme quantità di dati prodotta richiederà l’utilizzo di tecnologie all ‘avanguardia per lo stoccaggio e l’analisi dei dati usufruendo di supercomputer tra i più potenti al mondo.

Ingegneri software, sviluppati e stakeholders di tutto il mondo collaborano per garantire l’eccellenza del software sviluppato,

Il tutto viene orchestrato tramite lo Scaled Agile Framework (SAFe) che permette di scalare pratiche tipiche d’un approccio scrum a progetti di grandi dimensioni, facilitando l’interazione di molteplici team internazionali e specialisti in varie aree.

Nell’ambito del progetto SKA si è sviluppato un team a leadership italiana dedicato allo sviluppo del sistema di monitoraggio e controllo del correlatore e di un tool Tango per la realizzazione di interfacce web, chiamato Taranta. I membri del team provengono da paesi diversi, più precisamente Italia, Portogallo, Svizzera, India e Scozia. La leadership è composta da due figure chiave, una delle quali (lo Scrum Master) risiede a Trieste e ricopre anche la funzione di agile coach del team.

SKAO https://www.skao.int/en

SKAO science goals https://www.skao.int/en/explore/science-goals

SKA Mid https://www.skao.int/index.php/en/explore/telescopes/ska-mid

SKA Low https://www.skao.int/index.php/en/explore/telescopes/ska-low

Taranta https://taranta.readthedocs.io/en/latest/

Contact person: Valentina Alberti

Immagine a sinistra: Immagine composita che ritrae il prototipo delle antenne di SKA Low installate nella regione di Murchison e una rappresentazione artistica dell’array © SKAO.

Immagine a destra: Immagine composita che ritrae le antenne MeerKAT esistenti che verranno incorporate nel telescopio SKA Mid rappresentato nella parte destra dell’immagine © SKAO.

Parabole INAF di Medicina/Noto ed SRT

Le parabole da 32 metri di Medicina e Noto e il Sardinia Radio Telescope da 64 metri, sono le principali antenne INAF di osservazioni astronomiche nello spettro radio. Esse sono impiegate per osservazioni  sia in modalità interferometrica in collaborazione con altre antenne del consorzio "EVN (European Very Long Baseline Interferometry Network)" sia in modalità “antenna singola” e sono dotate di ricevitori a diverse bande di frequenza, da 1,4 GHz a 116 GHz (SRT).

Immagine del radiotelescopio di Medicina (BO), 32 m di diametro.

Contact person: Veronica Baldini

Team: 

receivers simulations: Veronica Baldini

Medicina control system update: Veronica Baldini, Igor Coretti

Il gruppo di strumentazione e controllo dell'OATs ha una lunga esperienza nel campo della progettazione, implementazione e integrazione di software ed elettronica di controllo per strumentazione astronomica all'avanguardia (sia nel dominio ottico che radio). Per tale attività il gruppo si avvale di un laboratorio presso l’OATs che, tuttavia, non è attualmente attrezzato per supportare adeguatamente le attività di lungo periodo. Questo comporta una criticità soprattutto nelle fasi di transizione tra progetti.

In questo contesto, il gruppo ha partecipato alla proposta, successivamente approvata come progetto, a “STILES - Strengthening the Italian Leadership in ELT and SKA”, finanziato dal Piano Nazionale di Ripresa e Resilienza (PNRR), missione 4 - “Istruzione e Ricerca”, componente 2 - “Dalla ricerca all’impresa”, linea di investimento 3.1 - “Fondo per la realizzazione di un sistema integrato di infrastrutture di ricerca e innovazione”.

 Specificatamente, l'attività finanziata in STILES per l’OATs mira a potenziare l'infrastruttura di laboratorio esistente lungo due direttrici principali:

- dotare il laboratorio di un sistema di riferimento temporale ad alta precisione e di rete ad alta velocità basato su standard ELT e SKA

- acquistare componenti hardware per uno strumento modello (es. PLC industriali, motori di varia tipologia)

L’attività prevede l’acquisto delle apparecchiature citate, la loro successiva messa in opera, collaudo e verifica ed infine la loro accettazione finale. Il tutto con la finalità di utilizzarle nei progetti attuali e futuri che vedono il coinvolgimento del gruppo, quali ad es. ESO/VLT FORS, ESO/VLT CUBES, ESO/ELT ANDES, ASTRI.

Contact person: Paolo Di Marcantonio

Team tecnico:  Igor Coretti, Antonio Sulich

PRISMA è la Prima Rete Italiana per la Sorveglianza sistematica di Meteore e Atmosfera (http://www.prisma.inaf.it) e consiste di una rete di camere all-sky per l'osservazione di meteore brillanti (fireball e bolidi). L'Osservatorio Astronomico di Trieste partecipa al progetto ospitando presso la sede di Basovizza una stazione osservativa composta da una all-sky camera controllata da un mini-computer che gestisce l’acquisizione e la riduzione dei dati collegati in WAN tramite uno switch e protette da un sistema VPN. La camera è composta da un CCD, modello Basler A1300gm, con diagonale 6 mm e risoluzione 1296 × 966 px. Il sistema ottico è costituito da un obiettivo grandangolare “sh-eye” di focale 1.25 mm. Il campo di vista complessivo è approssimativamente di 233 × 166°.

L’archivio dei dati del progetto PRISMA è ospitato presso IA2 (Italian center for Astronomical Archive). [Aggiungere link alla pagina degli archivi]

Contact person: Cristina Knapic