Immagine Impossibile

Un'immagine spettacolare, anche se essenzialmente impossibile, ha causato uno stupore a livello mondiale il 10 aprile 2019: la prima "fotografia" di un buco nero. A 55 milioni di anni luce di distanza, al centro della galassia M87. L'attrazione gravitazionale incredibilmente forte significa che anche la luce non può sfuggire.  Ma, grazie all'Event Horizon Telescope - una combinazione di otto radiotelescopi - i ricercatori partecipanti hanno in un certo senso superato la fisica e per la prima volta hanno creato un'immagine dell'ombra di un buco nero. Quest'ombra è proiettata dalla radiazione della luce distorta mentre viene irrevocabilmente assorbita dal buco nero.

ALMA - l'Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array - ha dato un contributo importante alla creazione di questa prima immagine di un buco nero. Attualmente è il più grande progetto di astronomia del mondo e si trova sull'altopiano di Chajnantor nella parte cilena del deserto di Atacama ad un'altitudine di oltre 5.000 metri. Questo rivoluzionario telescopio astronomico è composto da 66 antenne giganti. Sono collegati in rete e possono essere disposti in modo flessibile fino a una distanza di 16 km. I singoli specchi dell'antenna hanno un diametro fino a 12 metri e pesano circa 100 tonnellate.

Inizialmente, le onde radio cosmiche raccolte dal grande specchio dell'antenna vengono focalizzate su un sotto-riflettore. I segnali raggiungono il rivelatore all'interno dell'antenna quando questo è stato allineato con precisione a solo frazioni di millimetro. Le condizioni ambientali estreme ad un'altitudine di oltre 5.000 metri, come forti venti, alte differenze di temperatura dal giorno alla notte, estrema secchezza, così come la gravità e la rotazione terrestre sono tutti fattori che influenzano le antenne. Pertanto, i sub-riflettori devono essere riallineati costantemente. Gli sviluppatori di ALMA si sono affidati a speciali sistemi di posizionamento di PI per questo scopo: Hexapods. Grazie al loro design compatto e al movimento in sei gradi di libertà, gli esapodi sono ideali per questo compito. Le condizioni ambientali nel deserto non influenzano solo le antenne, anche gli esapodi devono sopportarle. Giunti molto rigidi, materiali speciali e l'elettronica di controllo dovevano essere di conseguenza adattati. Questo ovviamente ha funzionato bene: ALMA è stata inaugurata nel 2013 ex è in funzione da allora. Una cosa è certa, possiamo aspettarci che ALMA crei immagini ancora più spettacolari, come quella del Buco Nero nella Galassia M 87.

Here PI uses its technological knowledge and long-term experience in micro- and nanopositioning technology.

To keep the optical path at its optimum, the subreflectors even out external impacts on the mechanical system. Deviations can occur, for example, with antenna tracking that compensates for global rotation, with bending of telescope components due to gravitation, or through thermal effects or wind load.

The hexapod systems with six degrees of freedom in motion are installed behind the subreflectors and allow for 6-D positioning with resolution in the submicrometer and arcsecond range. The positioning system's parallel kinematics structure is considerably more compact and stiffer than serially stacked multi-axis systems and leads to a very high resonant frequency. Since only a single platform is actuated, the moved mass is significantly smaller. This results in improved dynamics with considerably faster response.

For the hexapods in the ALMA antennas, PI developed and manufactured highly stiff and robust joints, suited for operation also in extreme ambient conditions. These hexapods can, therefore, adjust the position of the subreflectors within a travel range of several millimeters with a precision in the micrometer range.

The digital controller's components for position control of the hexapods have been adapted especially to reduced atmospheric pressure.

With this high-performance digital control technology, that combines incremental position sensors and optical reference sensors in the hexapod's individual struts, PI provides a high-resolution measurement and control system for the ALMA observatory.

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