XRO, il satellite USA-Italia IXPE e altri progetti per osservare i raggi-X dallo spazio.
L’attività sperimentale XRO (X-ray Observatories), include il satellite NASA-ASI Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE), lanciato il 9 dicembre 2021, e il satellite cinese enhanced X-Ray Timing and Polarimetry (eXTP, lancio attorno al 2029). La collaborazione a eXTP è stata interrotta, con supporto ASI terminato a Luglio 2024, e si sta ora collaborando allo studio di proposta di missione NASA, lo Spectroscopic Time-Resolving Observatory for Broadband Energy X-rays (STROBE-X).
Per eXTP l’Italia ha sviluppato il demonstration model del LAD (Large Area Detector) e il Detector Assembly del WFM (Wide Field Monitor), i 2 strumenti a guida europea del futuro satellite. L’INFN ha lavorato poi al design e prototipo dei Gas Pixel Detector (GDP) per lo strumento polarimetry Focusing Array (PFA) di eXTP. La decisione programmatica della Chinese Academy of Science è stata quella di porre i 2 strumenti europei, LAD e WFM, tra i payload opzionali.
STROBE-X è un progetto americano di classe probe, per osservazioni di timing e spettroscopiche di sorgenti di raggi-X nel cielo nella finestra tra i 0.2 e i 30 keV. L’INFN è coinvolto nello sviluppo e test di nuovi circuiti integrati ASIC (Application Specific Integrated Circuit), e di nuovi rivelatori GDP, ciò in prospettiva di una futura ripartenza italiana a eXTP e/o della possibile selezione NASA della proposta di STROBE-X.
IXPE è una piccola missione spaziale USA-Italia, classe Small Explorer, collaborazione tra la NASA e l’ASI, dedicata alla misura della polarimetria dei raggi-X in banda 2-8 keV. IXPE a bordo ha tre identici telescopi a incidenza radente focalizzanti per raggi X, e tre identici camere e rivelatori, basati su polarimetri fotoelettrici GDP, con capacità di risoluzione spaziale, temporale ed energetica (spettro-polarimetrica). L’ASI ha finanziato le detectors units (DU) di IXPE, costruite e calibrate dall’INFN e INAF-IAPS.
L’INFN è responsabile dei rivelatori GDP, costruzione e calibirazione, e del software di simulazione ed analisi, e della piattaforma web interna alla collaborazione internazionale. Dal 2022 IXPE ha osservato lo stato di polarizzazione X di oltre un centinaio di oggetti astrofisici violenti e densi, aventi campi gravitazionali, elettrici e magnetici estremi: centro Galattico, stelle di neutroni, magnetars, pulsar wind nebulae, microquasars, buchi neri stellari e quelli supermassicci all’interno dei nuclei galattici attivi (AGN). Alcune ricerche su effetti di gravità quantistica, birifrangenza del vuoto della quantum electrodynamics (QED) e segnali di Axion-Like Particles (ALPs) sono pure possibili.
Il gruppo della sezione INFN di Roma di Tor Vergata si è attivato in fase di presa dati di IXPE, ed ha la responsabilità del supporto utenti, costruzione e aggiornamento della piattaforma web dei topical working group (TWG) della collaborazione internazionale, oltre che partecipare agli studi sui buchi neri supermassicci e AGN, sia radio-quieti che dotati di getti (blazars). Esempi sono l’osservazione e la guida dell’analisi dati, del flat spectrum radio quasar 3C 454.3, del radio-quiet Compton-thick AGN Messier 77 (NGC 1068), e la partecipazione all’analisi di very-high-energy blazars (1ES 1959+650 e PG 1553+113). Le analisi dei dati di IXPE e la loro interpretazione, sono legate anche a osservazioni coordinate (dette multi-frequenza, come polarimetria nelle radio onde e luce ottica da Terra) e legate ai dati simultanei ottenuti da altri satelliti in volo, per raggi-X (XMM-Newton, Swift, NICER, Chandra).