L'astronomia a raggi X

I raggi X sono una forma di radiazione elettromagnetica caratterizzata da una lunghezza d’onda molto breve, compresa tra circa 0,01 e 10 nanometri, corrispondente a frequenze estremamente elevate, tra 3 × 10¹⁶ e 3 × 10¹⁹ Hz. Nel contesto dello spettro elettromagnetico, si collocano tra i raggi ultravioletti estremi e i raggi gamma, rappresentando una delle bande ad alta energia più importanti per lo studio dell’universo.

Questa radiazione viene classificata in due principali categorie:

• Raggi X molli: con lunghezze d’onda maggiori (0,1 - 10 nm) e frequenze più basse.
• Raggi X duri: con lunghezze d’onda più corte (0,01 - 0,1 nm) e frequenze più alte, prossime a quelle dei raggi gamma.

Uno degli aspetti più significativi dei raggi X è il loro assorbimento atmosferico: l’atmosfera terrestre blocca quasi completamente questa radiazione, rendendo impossibile la loro osservazione dalla superficie del pianeta. Per questo motivo, l’astronomia a raggi X è una scienza dello spazio, che si avvale di telescopi installati su satelliti e sonde per osservare fenomeni ad alta energia come buchi neri, pulsar, esplosioni di supernovae e galassie attive.

Grazie alla loro capacità di penetrare profondamente nelle regioni dense di gas e polveri, i raggi X permettono agli astronomi di indagare aree altrimenti inaccessibili in altre bande dello spettro, rivelando dettagli fondamentali sulla struttura e l’evoluzione dell’universo. L’astronomia a raggi X ci apre una finestra sull’universo più violento e dinamico, là dove si sprigionano le energie più estreme. A differenza di altre bande dello spettro elettromagnetico, i raggi X non provengono da oggetti freddi o tranquilli, ma ci raccontano di eventi catastrofici, di materia che viene compressa, riscaldata e accelerata a velocità incredibili. Se vogliamo comprendere i processi più energetici del cosmo, i raggi X sono una chiave preziosa.

Le loro sorgenti si trovano spesso nei luoghi più drammatici del'universo: nelle regioni attorno ai buchi neri, dove la materia in caduta si riscalda a milioni di gradi prima di sparire per sempre, o nelle stelle di neutroni, resti ultra-compatti di esplosioni stellari, che emettono potenti fasci di radiazione. I raggi X ci permettono di seguire le tracce di questi fenomeni estremi, rivelando dettagli altrimenti invisibili. Le esplosioni di supernovae, ad esempio, ci raccontano come gli elementi più pesanti vengano rilasciati nello spazio, arricchendo il mezzo interstellare e contribuendo alla nascita di nuove stelle e pianeti.

Non meno affascinanti sono le galassie attive, il cui nucleo risplende di raggi X emessi da dischi di materia che spiraleggiano attorno a buchi neri supermassicci. Questi oggetti possono irradiare in pochi secondi più energia di quella che il Sole produrrà in tutta la sua esistenza. Studiare i raggi X significa entrare nel cuore di questi motori cosmici e capire come influenzano l’evoluzione delle galassie stesse.

Anche il gas diffuso negli ammassi di galassie è un’importante sorgente di raggi X. Sebbene invisibile nelle lunghezze d’onda ottiche, questo gas, a temperature di milioni di gradi, brilla intensamente nei raggi X e ci fornisce indizi cruciali sulla distribuzione della materia oscura e sull’evoluzione delle strutture cosmiche su larga scala.

L’astronomia a raggi X affonda le sue radici nella scoperta dei raggi X avvenuta nel 1895, quando il fisico tedesco Wilhelm Röntgen individuò per la prima volta questa nuova forma di radiazione, aprendo la strada a importanti applicazioni scientifiche e mediche. 

Era il 28 dicembre 1895 quando Wilhelm Conrad Röntgen, professore di fisica all’Università di Würzburg, annunciò la sua scoperta rivoluzionaria in un articolo intitolato "Über eine neue Art von Strahlen" (Sopra una nuova specie di raggi), pubblicato negli Atti della Società Fisico-Medica di Würzburg. Nel suo laboratorio, Röntgen stava conducendo esperimenti con tubi a raggi catodici quando notò una luminescenza su uno schermo ricoperto di platinocianuro di bario, posto a distanza dal tubo, schermato da cartone nero.

Questo fenomeno, del tutto inatteso, lo portò a ipotizzare l’esistenza di una nuova forma di radiazione, invisibile all’occhio umano, in grado di attraversare materiali opachi alla luce ordinaria. Per questo motivo, la definì provvisoriamente "raggi X", usando la lettera “X” come simbolo dell’ignoto. L’aspetto più sorprendente della sua scoperta fu la capacità di questi raggi di impressionare lastre fotografiche e penetrare nei tessuti umani, rivelando ossa e oggetti interni al corpo, come dimostrò con la celebre radiografia della mano della moglie Anna Bertha.

La storia della prima lastra ai raggi X della mano di Anna Bertha Ludwig, moglie di Röntgen, è un aneddoto affascinante che segna uno dei momenti più iconici nella storia della scienza. Era il 22 dicembre 1895 quando Röntgen, ancora immerso nei suoi esperimenti sulla misteriosa radiazione appena scoperta, chiese a sua moglie di offrirgli la mano per un esperimento decisivo. Anna Bertha, incuriosita e probabilmente un po’ scettica, appoggiò la mano su una lastra fotografica, mentre Wilhelm puntava verso di lei il tubo a raggi catodici per circa 15 minuti. Il risultato fu stupefacente: l’immagine impressa sulla lastra mostrava chiaramente le ossa della sua mano e l’anello che portava al dito. Per la prima volta nella storia, era possibile "vedere" all’interno del corpo umano senza doverlo aprire. Quando vide l’immagine, Anna Bertha esclamò con sorpresa mista a inquietudine: "Ho visto la mia morte!", colpita dalla visione delle sue ossa. Questo evento divenne immediatamente un simbolo della rivoluzione che i raggi X avrebbero portato, non solo in medicina ma anche nella percezione della realtà fisica. La lastra della mano di Anna Bertha fu mostrata da Röntgen a molti colleghi scienziati come prova tangibile della sua scoperta. L’immagine fece rapidamente il giro del mondo, contribuendo alla notorietà della nuova tecnica. Ancora oggi, quella lastra è considerata uno dei documenti più significativi nella storia della radiologia e viene spesso esposta nei musei scientifici come testimonianza del momento in cui nacque la diagnostica per immagini.

Röntgen fu estremamente rigoroso nella verifica dei risultati, dedicando diverse settimane a esperimenti meticolosi prima di pubblicare le sue osservazioni. Il suo articolo descriveva in dettaglio le proprietà dei raggi X e i loro effetti, inaugurando una nuova era nella scienza e nella medicina. Non a caso, la scoperta gli valse il primo Premio Nobel per la Fisica, assegnatogli nel 1901.

Il lavoro di Röntgen fu quindi presentato e pubblicato per la prima volta nel 1895. Tuttavia fu con le versioni successive, soprattutto con la prima edizione completa in inglese del 1898, che la scoperta venne estesa a un pubblico più ampio e internazionale. 

Questa scoperta ha segnato l'inizio di una nuova era nella fisica e nella medicina, aprendo la strada a numerose applicazioni pratiche e a ulteriori ricerche sulle proprietà dei raggi X, ma per molti decenni nessuno immaginava che anche l’universo potesse essere una potente sorgente di raggi X.

L'applicazione alla scienza astronomica

A metà del XX secolo, con l’avvento della tecnologia spaziale, la situazione cambiò radicalmente. Nel 1949, i primi rivelatori a raggi X montati su razzi-sonda permisero di registrare emissioni dalla corona solare, dimostrando come questi raggi non fossero esclusivamente di origine terrestre. Il vero punto di svolta arrivò nel 1962, con l’esperimento condotto da Riccardo Giacconi, considerato il padre dell’astronomia a raggi X. Durante una missione a bordo di un razzo suborbitale, il suo team scoprì Scorpius X-1, la prima sorgente di raggi X al di fuori del Sistema Solare.

La scoperta di Scorpius X-1, la prima sorgente di raggi X extragalattica, è considerata una delle pietre miliari nell'evoluzione dell'astronomia a raggi X. Questo evento segnò l'inizio dell’esplorazione del cielo in una nuova banda dello spettro, aprendo la strada alla comprensione di oggetti estremi come buchi neri, stelle di neutroni e altre sorgenti energetiche nell'universo, allora ancora sconosciute e mai osservate.

Questa scoperta segnò la nascita ufficiale dell’astronomia a raggi X come nuova branca dell’astrofisica. Negli anni successivi, lo sviluppo di satelliti dedicati, come Uhuru negli anni ’70, permise di esplorare il cielo a raggi X in modo sistematico, rivelando un universo molto diverso da quello osservato in luce visibile: dinamico, violento e dominato da fenomeni estremi. Da quel momento in poi, l’astronomia a raggi X è diventata uno strumento essenziale per studiare buchi neri, stelle di neutroni, galassie attive e gas ad altissima temperatura negli ammassi di galassie.

L'astronomia a raggi X è una delle branche più affascinanti e dinamiche dell'astronomia moderna, poiché consente di esplorare i fenomeni più estremi e violenti dell'universo. Le osservazioni a raggi X forniscono informazioni fondamentali su oggetti e processi cosmici che non sarebbero visibili nelle altre bande dello spettro elettromagnetico. L'utilizzo dei raggi X ha permesso di identificare e studiare alcuni degli oggetti celesti più enigmatici e potenti, tra cui buchi neri, stelle di neutroni, pulsar e supernove, oltre a consentire una comprensione più profonda dei fenomeni di accrescimento e dell'evoluzione stellare. 

Buchi neri

Uno dei campi più affascinanti e ricchi di scoperte nell’astronomia a raggi X riguarda lo studio dei buchi neri. Questi oggetti compatti e misteriosi, le cui dimensioni possono essere inferiori a quelle di una stella, non emettono direttamente radiazione ma lo fanno indirettamente tramite le radiazioni emesse dalla materia circostante, "inghiottita" o accelerata e riscaldata a temperature altissime. Le emissioni X provenienti dai dischi di accrescimento intorno ai buchi neri sono quindi una delle principali firme osservative di questi oggetti.

Relativamente a questo campo di applicazione, è possibile quindi ottenere informazioni relativamente a: 

• proprietà del disco di accrescimento - man mano che la materia si avvicina al buco nero, l'analisi delle caratteristiche spettrali della radiazione X consente di ottenere informazioni sul comportamento del disco di accrescimento quali temperatura e velocità (tramite studio di redshifte blueshift) del gas e struttura, la quale ultima può rivelare dettagli sulla geometria e sull'orientamento rispetto all'osservatore;
• comportamento dei jet relativistici - molti buchi neri supermassicci emettono jet relativistici sorgenti di radiazioni X che possono essere utilizzate per studiare direzione e l'intensità dei getti e meccanismo di accelerazione delle particelle all'interno del jet;
• fasi di accrescimento e variabilità - le osservazioni a raggi X permettono anche di monitorare la variabilità temporale delle emissioni, che è un indicatore fondamentale per comprendere le fasi di accrescimento della materia verso il buco nero. La radiazione X varia frequentemente in intensità e a diverse frequenze temporali, rivelando le fluttuazioni nella luminosità X  che possono indicare processi fisici complessi che avvengono vicino all'orizzonte degli eventi nonché informazioni sulla dimensione e sul comportamento del disco di accrescimento;
• massa e spin del buco nero - la radiazione X è fondamentale per misurare la massa e lo spin di un buco nero, due parametri cruciali per capire la sua evoluzione e il suo impatto sull'ambiente circostante;
• composizione chimica del materiale circostante - i raggi X possono anche fornire informazioni sulla composizione chimica della materia che si trova vicino al buco nero tramite spettroscopia a raggi X;
• relatività generale - i buchi neri sono un campo di test fondamentale per la relatività generale. La radiazione X, in particolare quella emessa vicino all'orizzonte degli eventi, permette di esplorare gli effetti della gravità estrema in queste regioni, soprattutto con riguardo a effetti gravitazionali estremi e distorsioni delle linee spettrali X, causate dalla curvatura dello spazio-tempo intorno al buco nero.

Un esempio celebre di studio è stato, ed è, Cygnus X-1, uno dei primi candidati scoperti per essere un buco nero, che emette una radiazione intensa in raggi X, ma studi altrettanto importanti riguardano anche le galassie che ospitano i buchi neri attivi, le così dette Galassie dal Nucleo Attivo.

Quanto detto per l'accrescimento intorno a un buco nero vale anche per altri sistemi meno estremi quali le stelle di neutroni o i sistemi binari stellari.

Stelle di neutroni e pulsar

Le stelle di neutroni, in particolare le pulsar, sono una delle scoperte più significative grazie all’astronomia a raggi X. Questi oggetti incredibilmente densi, residui solidi delle esplosioni di supernovae, sono studiati per comprendere meglio la fisica nelle condizioni più estreme. Le osservazioni a raggi X rivelano la materia che accresce attorno a queste stelle di neutroni, nonché il comportamento di questi oggetti magnetizzati. Oltre all'accrescimento già trattato per i buchi neri, attraverso i raggi X è possibile ottenere informazioni relativamente alla struttura interna ed esterna di questi oggetti compatti, con particolare riguardo alla crustal structure e alla densità di materia nonché alla temperatura superficiale e alle fluttuazioni termiche. Altro campo di indagini è rappresentato da campo magnetico e rotazione, ricavando i periodi dall'analisi delle variazioni periodiche nel flusso X. Con particolare riguardo alle pulsar, lo studio della variazione di luminosità in raggi X consente di dedurre la natura dei getti relativistici e le dinamiche di accelerazione delle particelle, fornendo al tempo stesso importanti banchi di prova per la relatività generale e la magnetoidrodinamica. 

Supernovae e resti di supernovae

Lo studio delle supernovae e dei loro resti tramite la radiazione X è un aspetto fondamentale dell'astronomia, poiché consente di investigare le fasi più violente ed energetiche dell’evoluzione stellare. L'analisi delle emissioni a raggi X fornisce dettagli cruciali sulle dinamiche di queste esplosioni e sulle strutture che ne derivano.

Durante una supernova, una quantità enorme di energia viene liberata sotto forma di radiazione, e la materia espulsa durante l'esplosione si muove a velocità relativistiche. In questo contesto, la radiazione X offre una finestra unica per studiare i processi fisici che avvengono durante e dopo l'esplosione. Fattori oggetto di studio possono essere:

• Distribuzione e temperatura del materiale espulso: dal momento che la radiazione X emessa è principalmente legata all'interazione del materiale espulso con l'ambiente circostante, lo studio permette di determinare la temperatura e la composizione del gas e dei detriti espulsi durante l'esplosione;

• Meccanismi di accelerazione delle particelle: il gas caldo e ionizzato produce emissioni di raggi X attraverso processi di accelerazione delle particelle. L’analisi di queste radiazioni consente di esplorare i meccanismi che causano l'accelerazione di particelle ad altissima energia;

• Fasi evolutive della supernova: a differenza di altre bande dello spettro elettromagnetico, i raggi X possono penetrare attraverso la polvere e il gas, permettendo agli astronomi di seguire l'evoluzione della supernova anche a distanza di tempo.

I resti di supernova, sia gassosi sia compatti, rappresentano una fase successiva nell'evoluzione di una supernova e i raggi X sono una chiave fondamentale per comprendere il comportamento di queste strutture post-esplosione. Oggetto di studio, quindi, possono essere le nebulose a raggi X (ad esempio la Nebulosa del Granchio, M1), dove l'emissione di raggi X è spesso causata dal gas caldo e dalle interazioni tra il materiale espulso e il vento stellare consentendo di misurare la temperatura e la densità del gas, oppure buchi neri e stelle di neutroni (già visto) ma anche la sintesi di elementi pesanti. 

Cosmologia 

La radiazione X assume importanza anche negli studi cosmologici legati, essenzialmente a materia oscura e struttura a grande scala dell'universo. 

Sebbene la materia oscura non possa essere direttamente rilevata, i raggi X possono aiutare a capirne indirettamente la distribuzione e le proprietà in diversi modi, sfruttando le interazioni con la materia visibile. Un aspetto che i raggi X possono rivelare è l'influenza gravitazionale che la materia oscura ha sulla materia visibile. Ad esempio, nei cluster di galassie, dove è presente una grande quantità di materia oscura, i raggi X possono essere usati per mappare la distribuzione del gas caldo che permea questi ammassi, noto come plasma intracluster. Lo studio delle emissioni X da questo gas caldo permette agli astronomi di calcolare la massa totale del cluster, che include sia la materia visibile che quella oscura. Confrontando la distribuzione della materia visibile con quella calcolata per l'intero sistema, è possibile fare inferenze sulla quantità e sulla distribuzione della materia oscura nel cluster. 

Un altro approccio è la ricerca di potenziali particelle di materia oscura che potrebbero emettere radiazioni X se interagissero con la materia normale. Alcuni modelli teorici suggeriscono che particelle di materia oscura potrebbero decoesistere in fenomeni che generano emissioni di raggi X. Un esempio riguarda la possibile produzione di fotoni X tramite l'annichilazione di particelle di materia oscura, come nel caso della superparticella WIMP (Weakly Interacting Massive Particle). Se queste particelle esistono, potrebbero produrre emissioni X caratterizzate da linee spettrali specifiche. 

Ancora, alcuni modelli suggeriscono che la materia oscura possa interagire in modo particolare vicino ai buchi neri, influenzando la dinamica del gas e la distribuzione della materia circostante. L'osservazione delle radiazioni X emesse dai dischi di accrescimento potrebbe fornire informazioni indirette sulla quantità e sulla distribuzione della materia oscura nelle vicinanze di queste regioni estremamente dense.

Con riguardo alla forma dell'universo, invece, le osservazioni dei raggi X possono aiutare a mappare l'energia oscura e la materia oscura su larga scala, contribuendo a testare modelli cosmologici. Le strutture su grande scala, come i filamenti cosmici, sono prevalentemente costituite da materia oscura. Gli strumenti che osservano l'universo a raggi X, come il telescopio spaziale Chandra, possono tracciare l'evoluzione di queste strutture, dando informazioni sulla distribuzione della materia oscura attraverso il cielo. Questo, a sua volta, aiuta a ottenere dati importanti sul comportamento della materia oscura e sulle leggi fisiche che la governano.

Interazioni tra stelle e materia interstellare

Le stelle non sono entità isolate, ma interagiscono costantemente con il gas e la polvere del mezzo interstellare, che può essere riscaldato dalle radiazioni emesse dalle stelle stesse. Di supernovae e resti di supernovae, legati alla morte stellare, abbiamo già detto. Restano però altri processi durante la vita stellare.

Durante la formazione delle stelle, i gas e le polveri presenti nelle nubi molecolari si condensano sotto l'influenza della gravità, riscaldandosi in modo significativo. Questo riscaldamento è accompagnato dall’emissione di radiazioni X. Le stelle giovani, in particolare quelle di grande massa, emettono forti radiazioni X durante i primi stadi della loro evoluzione. Le osservazioni a raggi X possono quindi rivelare l'esistenza di queste giovani stelle e fornire informazioni sulle condizioni fisiche del gas circostante, come la temperatura e la densità del mezzo interstellare nelle regioni di formazione stellare.

Durante la loro vita, poi, le stelle possono anche interagire con il mezzo interstellare tramite il loro vento stellare. Questi venti sono particolarmente forti nelle stelle di grande massa e possono accelerare le particelle a velocità molto elevate, generando radiazioni X attraverso vari meccanismi. La radiazione X emessa dai venti stellari aiuta a capire la forza e la composizione del vento stellare, e come questo influenzi il mezzo circostante.

Anche le onde di shock prodotte da eventi ad alta energia, come le esplosioni di supernova o le interazioni tra venti stellari e il mezzo interstellare, generano radiazioni X scaldando il gas fino a temperature estremamente elevate. L’analisi di questi fenomeni aiuta a comprendere l'interazione tra le esplosioni stellari e il mezzo interstellare, nonché la distribuzione di gas caldo e le dinamiche termiche nelle regioni circostanti.

Esopianeti

La radiazione X offre un'opportunità unica per esplorare vari aspetti degli esopianeti, in particolare per quanto riguarda l'interazione tra questi pianeti e le loro stelle madri, nonché la natura delle atmosfere planetarie in ambienti estremi. Sebbene gli esopianeti non emettano radiazione X direttamente, le emissioni X provenienti dalle stelle madri e l'interazione tra la radiazione stellare e l'atmosfera planetaria possono fornire informazioni fondamentali sulla composizione, l'evoluzione e la abitabilità di questi mondi lontani. In particolare, una delle principali informazioni che la radiazione X consente di ottenere riguarda l'interazione tra l'esopianeta e il suo campo magnetico con la radiazione stellare. Le stelle, in particolare quelle più giovani, emettono forti radiazioni X, che possono influenzare gravemente l'atmosfera dei pianeti che orbitano intorno ad esse. Quando un esopianeta si trova troppo vicino alla sua stella, l'intensa radiazione X può riscaldare l'atmosfera e provocare una erosione atmosferica. Questi processi sono particolarmente significativi per pianeti simili alla Terra, poiché potrebbero avere un impatto sull'abitabilità di tali mondi. La radiazione X aiuta quindi a comprendere se un esopianeta è stato in grado di mantenere una atmosfera stabile nel tempo. 

Altro aspetto di interesse vede l'analisi della radiazione X utile anche per l'analisi spettroscopica delle atmosfere degli esopianeti. Quando la radiazione X colpisce l'atmosfera di un esopianeta, può causare ionizzazioni o emissioni che possono essere rilevate tramite telescopi spaziali come il Chandra X-ray Observatory. Questi studi spettroscopici possono rivelare informazioni sulla composizione chimica e sulla struttura delle atmosfere planetarie, così come sui processi chimici che avvengono in esse, simili a quelli studiati nell'atmosfera terrestre. 

Dal punto di vista dei transiti, quando un esopianeta transita davanti alla sua stella, una piccola frazione della radiazione X della stella viene bloccata. Analizzando i cambiamenti nella luminosità X della stella durante il transito del pianeta, è possibile ottenere informazioni sulle dimensioni e proprietà atmosferiche dell'esopianeta, come la densità della sua atmosfera o la sua composizione.

L'astronomia a raggi X si fonda sulla capacità di rilevare e analizzare la radiazione X proveniente dai corpi celesti. Tuttavia, il percorso che porta dalla emissione dei raggi X alla loro cattura e successiva analisi è tutt’altro che semplice, a causa della natura della radiazione e delle difficoltà tecnologiche nell’osservarla. Mentre la luce visibile può attraversare l’atmosfera terrestre e raggiungere i telescopi a terra, i raggi X vengono assorbiti, il che rende impossibile per gli strumenti terrestri raccogliere dati in questa banda. Di conseguenza, è necessario l’utilizzo di telescopi spaziali e dispositivi molto specializzati per osservare il cielo in raggi X.

Cattura dei raggi X

I raggi X sono una forma di radiazione elettromagnetica ad alta energia che, a causa della loro corta lunghezza d'onda, non può essere focalizzata tramite specchi normali come avviene nella luce visibile. Per catturare questa radiazione, gli astronomi utilizzano strumenti innovativi come specchi parabolici speciali che riflettono i raggi X con angolazioni molto piccole. Questi specchi, tipicamente disposti a forma di "conchiglia" o "piramide", sfruttano il fenomeno della riflessione graziata: un concetto che permette ai raggi X di essere riflessi per percorrere il loro cammino fino al sensore. Il vantaggio della riflessione graziata è che consente una concentrazione molto alta della radiazione, migliorando la qualità dell'immagine.

Una volta catturati, i raggi X vengono indirizzati verso sensori, come rivelatori a semiconduttore o rivelatori a particelle, che convertono i fotoni X in segnali elettrici. Questi segnali vengono poi analizzati per determinare la sorgente, la frequenza e la struttura della radiazione, nonché per ottenere informazioni sullo spettro energetico della radiazione X.

Gli strumenti dell'astronomia a raggi X

Fin dai primi esperimenti di ricerca di raggi X cosmici nei decenni centrali del XX secolo, l'astronomia a raggi X ha fatto enormi passi avanti grazie all'innovazione tecnologica, la quale ha consentito di andare nello spazio con rivelatori sempre più performanti anche nello spattro X.

X-ray Astronomy Satellite (Uhuru) - 1970
Uhuru, il cui nome in swahili significa "libertà", è stato il primo satellite artificiale interamente dedicato all'astronomia a raggi X. Lanciato il 12 dicembre 1970, in occasione del settimo anniversario dell'indipendenza del Kenya, dalla piattaforma San Marco al largo delle coste keniote, Uhuru ha rivoluzionato la nostra comprensione dell'universo ad alte energie. Con una massa di 141.5 chilogrammi, Uhuru è stato posto in orbita equatoriale, quasi circolare, a circa 550 chilometri dalla superficie terrestre. Dotato di rivelatori proporzionali a gas per raggi X nella banda 2-20 keV, ha operato fino a marzo del 1973. 

Tra gli obiettivi principali vi era la mappatura sistematica del cielo a raggi X e lo studio delle proprietà spettrali e della variabilità di queste sorgenti. La scoperta principale del satellite è quella di Cygnus X-1: Uhuru identificò Cygnus X-1 come una delle sorgenti di raggi X più intense del cielo mentre studi successivi hanno confermato la natura di sistema binario composto da una stella massiccia e un buco nero, fornendo la prima prova convincente dell'esistenza di buchi neri stellari. Oltre a questo, Uhuru scoprì anche Centaurus X-3, una sorgente di raggi X pulsante, rivelando la presenza di una stella di neutroni in un sistema binario. Oltre a questo, vennero riscontrate emissioni X diffuse provenienti da ammassi galattici a indicare la presenza di gas caldo intergalattico ma anche la presenza di un fondo cosmico in banda X, una radiazione proveniente da sorgenti lontane e non identificate singolarmente.

Einstein Observatory - 1978

L'Einstein Observatory, lanciato il 13 novembre 1978, rappresenta una pietra miliare nell'esplorazione dell'universo attraverso i raggi X. Questo satellite, il secondo di una serie di osservatori di raggi X di grandi dimensioni della NASA, ha preso il nome dal celebre fisico Albert Einstein, in riconoscimento del suo contributo fondamentale alla comprensione della gravità e dello spazio-tempo. La sua missione principale era quella di effettuare un'indagine completa del cielo ai raggi X, aprendo una nuova finestra sull'universo e rivelando fenomeni cosmici ad alta energia fino ad allora sconosciuti.

L'Einstein Observatory aveva una serie di obiettivi scientifici ambiziosi, tra cui la mappatura del cielo ai raggi X, lo studio delle proprietà delle sorgenti di raggi X, l'osservazione in diverse bande di energia nonché la comprensione dell'evoluzione delle galassie e degli ammassi di galassie.

Durante i suoi tre anni di attività, l'Einstein Observatory ha compiuto numerose scoperte rivoluzionarie che hanno trasformato la nostra comprensione dell'universo. Un esempio è la scoperta di sorgenti di raggi X in galassie lontane, dimostrando che l'attività ad alta energia è comune in tutto l'universo, ma il telescopio ha consentito anche di scoprire nuove classi di sorgenti X e di studiare sempre meglio i nuclei galattici attivi.

ROSAT - 1990

ROSAT, il satellite tedesco per raggi X lanciato il 1° giugno 1990, rappresenta un altro pilastro fondamentale nell'astronomia a raggi X, continuando l'opera pionieristica dell'Einstein Observatory e ampliandone significativamente le capacità. Questo osservatorio spaziale, frutto di una collaborazione internazionale tra Germania, Stati Uniti e Regno Unito, ha ereditato il nome da Wilhelm Röntgen (ROSAT è un acronimo che sta per "Röntgensatellit"), lo scienziato che scoprì i raggi X, sottolineando il suo ruolo cruciale nell'esplorazione di questa banda dello spettro elettromagnetico. ROSAT è stato progettato per effettuare una mappatura completa del cielo ai raggi X con una sensibilità e una risoluzione senza precedenti, aprendo nuove frontiere nella ricerca astronomica. La sua missione principale consisteva nell'identificare e studiare le sorgenti di raggi X in tutto l'universo, fornendo dati preziosi sulla loro natura, evoluzione e distribuzione. A differenza del suo predecessore, ROSAT era dotato di una strumentazione più avanzata, che includeva due telescopi a raggi X ad alta risoluzione e uno strumento per l'ultravioletto estremo, consentendo osservazioni dettagliate in diverse bande di energia. Grazie a questa strumentazione sofisticata, ROSAT ha ottenuto immagini spettacolari e spettri ad alta risoluzione di una vasta gamma di oggetti celesti, dalle stelle alle galassie, dagli ammassi di galassie ai nuclei galattici attivi. Le scoperte di ROSAT sono state numerose e di grande impatto, contribuendo in modo significativo alla nostra comprensione dell'universo ad alte energie. Tra i risultati più importanti, spiccano la scoperta di nuove sorgenti di raggi X, la mappatura dettagliata del fondo di raggi X cosmico, lo studio delle atmosfere stellari e coronali, l'osservazione di resti di supernova e l'analisi della struttura e dell'evoluzione degli ammassi di galassie. ROSAT ha operato per oltre otto anni, superando di gran lunga la sua durata prevista e fornendo una quantità enorme di dati che continuano ad essere utilizzati dagli astronomi di tutto il mondo.

ROSAT ha concluso la sua missione scientifica nel 1999 ed è rientrato in atmosfera ma, a differenza di altre missioni spaziali, non era dotato di sistemi di propulsione che permettessero di guidarlo verso un punto di impatto preciso. Pertanto, il suo rientro è stato un processo naturale, influenzato principalmente dalla gravità terrestre e dalla resistenza atmosferica. Nei mesi precedenti al rientro, gli esperti di diverse agenzie spaziali, tra cui l'Agenzia Spaziale Tedesca (DLR) e l'Agenzia Spaziale Italiana (ASI), hanno monitorato attentamente la traiettoria di ROSAT e hanno elaborato modelli per prevedere il momento e il luogo di impatto. Tuttavia, a causa della complessità dei fattori in gioco, come la densità atmosferica variabile e l'attività solare, le previsioni sono rimaste incerte fino all'ultimo momento. Il 23 ottobre 2011, ROSAT è rientrato nell'atmosfera terrestre sopra l'Oceano Indiano. Durante la discesa, il satellite ha subito un intenso riscaldamento a causa dell'attrito con l'aria, e la maggior parte della sua struttura si è disintegrata. Tuttavia, alcuni frammenti più resistenti al calore, come gli specchi del telescopio, sono sopravvissuti al rientro e hanno raggiunto la superficie terrestre. Fortunatamente, l'impatto dei frammenti di ROSAT non ha causato danni a persone o cose.

Chandra X-ray Observatory - 1999

Chandra, lanciato il 23 luglio 1999, rappresenta uno dei telescopi spaziali più sofisticati e potenti mai realizzati, un vero e proprio gigante dell'astronomia a raggi X. Questo osservatorio, parte del programma "Grandi Osservatori" della NASA insieme a Hubble, Compton e Spitzer, porta il nome del fisico indiano Subrahmanyan Chandrasekhar, pioniere nello studio delle stelle nane bianche e dei buchi neri, un omaggio al suo contributo fondamentale all'astrofisica. La sua missione principale è fornire immagini ad alta risoluzione e spettri dettagliati di oggetti celesti che emettono raggi X, svelando i segreti dell'universo ad alte energie e permettendo agli astronomi di studiare fenomeni cosmici estremi. Gli obiettivi scientifici di Chandra sono vastissimi, spaziando dallo studio di oggetti vicini come pianeti e comete, fino all'osservazione di galassie lontane e quasar. In particolare, Chandra è progettato per studiare l'universo caldo, osservare oggetti esotici come buchi neri, stelle di neutroni e quasar, tracciare l'evoluzione cosmica e ricercare materia oscura ed energia oscura. Per raggiungere questi ambiziosi traguardi, Chandra è dotato di una strumentazione avanzatissima, che include specchi a raggi X di precisione, rivelatori di immagine ad alta risoluzione e spettrografi a trasmissione. Grazie a questa tecnologia all'avanguardia, Chandra ha compiuto numerose scoperte rivoluzionarie, tra cui immagini dettagliate di resti di supernova, la scoperta di dischi di accrescimento attorno a buchi neri, lo studio delle atmosfere stellari e coronali e la mappatura della distribuzione di materia oscura. Chandra continua a operare e a fornire dati scientifici di altissima qualità, contribuendo in modo significativo all'avanzamento dell'astronomia a raggi X e aprendo una nuova finestra sull'universo, permettendoci di osservare fenomeni cosmici estremi e di svelare i segreti dell'universo ad alte energie. 

XMM-Newton - 1999

XMM-Newton, lanciato il 10 dicembre 1999, è un osservatorio spaziale dell'Agenzia Spaziale Europea (ESA) dedicato allo studio dell'universo nei raggi X. Il suo nome, un mix tra la descrizione tecnica (X-ray Multi-Mirror) e un omaggio a Isaac Newton, sottolinea il contributo fondamentale di questo satellite all'astronomia in questa banda dello spettro elettromagnetico. XMM-Newton è il più grande e potente telescopio a raggi X mai costruito in Europa, ed è stato progettato per osservare l'universo in diverse bande di energia, aprendo una nuova finestra sull'universo caldo e ad alta energia. La sua missione principale è quella di studiare una vasta gamma di oggetti celesti che emettono raggi X, tra cui galassie attive, ammassi di galassie, resti di supernova, stelle di neutroni e buchi neri. Grazie alla sua elevata sensibilità e risoluzione, XMM-Newton ha permesso agli astronomi di scoprire nuove sorgenti di raggi X, di mappare la distribuzione del gas caldo negli ammassi di galassie, di studiare i nuclei galattici attivi e di analizzare le atmosfere stellari. La strumentazione di XMM-Newton comprende tre telescopi a raggi X ad alta capacità, ciascuno con una serie di strumenti scientifici, tra cui camere CCD per ottenere immagini e spettri di raggi X, spettrografi per misurare con precisione l'energia dei raggi X e un telescopio ottico per osservare la luce visibile e ultravioletta degli oggetti celesti. Le scoperte di XMM-Newton sono state numerose e di grande impatto, contribuendo in modo significativo alla nostra comprensione dell'universo ad alte energie e aprendo nuove frontiere nella ricerca scientifica.

NuSTAR - 2012

NuSTAR, lanciato il 13 giugno 2012, rappresenta una vera e propria pietra miliare nell'esplorazione dell'universo attraverso i raggi X duri. Questo telescopio spaziale della NASA, il primo del suo genere in grado di focalizzare questa particolare banda dello spettro elettromagnetico, ha aperto una finestra completamente nuova su alcuni dei fenomeni più energetici e misteriosi del cosmo. Il suo nome, Nuclear Spectroscopic Telescope Array, sottolinea la sua capacità di effettuare osservazioni spettroscopiche, ovvero di misurare l'energia dei raggi X con una precisione senza precedenti. Questa caratteristica unica permette agli astronomi di studiare la composizione chimica e le proprietà fisiche degli oggetti celesti con un dettaglio inimmaginabile prima di NuSTAR.

Rappresentazione du NuSTAR. Crediti NASA

La missione di NuSTAR si concentra su una vasta gamma di obiettivi scientifici, che spaziano dallo studio dei buchi neri all'esplorazione dei resti di supernova. Grazie a NuSTAR, gli astronomi possono osservare da vicino i raggi X duri emessi dai dischi di accrescimento attorno ai buchi neri, ottenendo informazioni preziose sulla loro massa, rotazione e campo magnetico. Il telescopio spaziale è anche in grado di studiare i raggi X duri emessi dai resti di supernova, rivelando la presenza di elementi radioattivi e accelerando particelle a energie elevatissime.

Un altro importante campo di indagine di NuSTAR è l'osservazione delle galassie attive, galassie che ospitano nuclei galattici attivi (AGN). Studiando i raggi X duri emessi dagli AGN, NuSTAR fornisce informazioni sulla presenza di buchi neri supermassicci e sui processi di accrescimento di materia. Il telescopio spaziale è anche in grado di studiare le microquasar, sistemi binari costituiti da una stella e un buco nero o una stella di neutroni, osservando i raggi X duri emessi da questi sistemi e permettendo agli astronomi di studiare i getti di particelle relativistiche che vengono espulsi a velocità prossime a quella della luce.

Per raggiungere questi ambiziosi obiettivi, NuSTAR è dotato di una strumentazione all'avanguardia, che include un telescopio a raggi X duri con specchi di precisione e rivelatori di immagine ad alta sensibilità e risoluzione. Grazie a questa tecnologia innovativa, NuSTAR ha compiuto numerose scoperte importanti, aprendo nuove frontiere nella nostra comprensione dell'universo ad alte energie. Tra i risultati più significativi, spiccano la scoperta di un lampo di raggi X duri proveniente da una stella di neutroni, l'osservazione di un buco nero supermassiccio in una galassia lontana e la mappatura della distribuzione di elementi radioattivi in un resto di supernova.

Hitomi (ASTRO-H) - 2016

Hitomi, il cui nome significa "pupilla" in giapponese, rappresenta una tappa fondamentale nell'esplorazione dell'universo ad alte energie. Lanciato il 17 febbraio 2016, questo satellite per l'astronomia a raggi X è stato sviluppato dall'agenzia spaziale giapponese JAXA in collaborazione con numerosi partner internazionali.

La sua missione principale era quella di studiare i processi estremamente energetici che avvengono nel cosmo, come l'attività dei buchi neri supermassicci, le esplosioni di supernova e i getti di particelle relativistiche emessi da nuclei galattici attivi. Hitomi era equipaggiato con strumenti all'avanguardia, in grado di osservare l'universo in un'ampia gamma di energie, dai raggi X "molli" ai raggi gamma. In particolare, il satellite era dotato di uno spettrometro ad alta risoluzione, che permetteva di misurare con precisione l'energia dei raggi X e di studiare la composizione chimica degli oggetti celesti. Grazie a questa strumentazione sofisticata, Hitomi avrebbe dovuto fornire dati preziosi per comprendere meglio la fisica dell'universo ad alte energie e per svelare i segreti di fenomeni cosmici estremi. Purtroppo, la missione di Hitomi è stata interrotta prematuramente a causa di un problema tecnico. Tuttavia, anche se ha operato per un breve periodo di tempo, il satellite è riuscito a raccogliere dati importanti, che hanno permesso agli astronomi di studiare alcuni fenomeni cosmici con un dettaglio senza precedenti.

NICER- 2017

NICER, acronimo di Neutron star Interior Composition Explorer, è una missione della NASA che si concentra sullo studio delle stelle di neutroni. Lanciato il 3 giugno 2017 e installato a bordo della Stazione Spaziale Internazionale, NICER è un osservatorio a raggi X unico nel suo genere, progettato per svelare i segreti della struttura interna di questi corpi celesti esotici. Le stelle di neutroni sono oggetti affascinanti, caratterizzati da densità e pressioni estreme, superiori a quelle presenti nei nuclei atomici. NICER ha l'obiettivo di studiare le particolari condizioni fisiche gravitazionali, elettromagnetiche e nucleari presenti in questi ambienti unici, con lo scopo di determinare la composizione interna delle stelle di neutroni, indagare l'origine dei fenomeni dinamici che avvengono in questi oggetti e di esplorare i meccanismi alla base degli acceleratori di particelle cosmiche. Per raggiungere questi obiettivi ambiziosi, NICER è dotato di una strumentazione all'avanguardia, che include lo X-ray Timing Instrument (XTI), un insieme di 56 rivelatori di raggi X in grado di misurare con precisione le variazioni di intensità dei raggi X emessi dalle stelle di neutroni. Grazie a questa capacità unica di misurare con precisione le variazioni di luminosità dei raggi X, NICER ha già fornito risultati importanti, tra cui la misurazione delle dimensioni di una stella di neutroni con una precisione senza precedenti e la scoperta di nuove proprietà di questi oggetti celesti, come la presenza di "hot spot" sulla loro superficie e la variabilità della loro emissione di raggi X. NICER continua a operare e a fornire dati scientifici di alta qualità, contribuendo in modo significativo alla nostra comprensione delle stelle di neutroni e della fisica della materia in condizioni estreme. La sua missione rappresenta un passo importante nella nostra esplorazione dell'universo e nella nostra ricerca di risposte alle domande fondamentali sulla natura della materia e dell'energia.

eROSITA - 2019

eROSITA, acronimo di extended Röntgen Survey Imaging Telescope Array, è un telescopio spaziale a raggi X tedesco, sviluppato dall'agenzia spaziale tedesca DLR in collaborazione con l'ESA (Agenzia Spaziale Europea). Lanciato il 12 luglio 2019 dal cosmodromo di Baikonur, in Kazakistan, ROSITA è il principale strumento a bordo del satellite russo-tedesco Spektr-RG.

La sua missione principale è quella di effettuare una mappatura completa del cielo ai raggi X, con una sensibilità e una risoluzione superiori a quelle dei telescopi precedenti. ROSITA è in grado di osservare l'universo in una vasta gamma di energie, dai raggi X "molli" ai raggi X "duri", permettendo agli astronomi di studiare una grande varietà di oggetti celesti, tra cui galassie, ammassi di galassie, resti di supernova, buchi neri e nuclei galattici attivi.

Grazie alla sua elevata sensibilità, ROSITA è in grado di rivelare sorgenti di raggi X deboli e distanti, fornendo informazioni preziose sull'evoluzione dell'universo e sulla formazione delle strutture cosmiche. La sua mappatura completa del cielo permetterà agli astronomi di identificare nuove sorgenti di raggi X e di studiare la loro distribuzione e le loro proprietà.

ROSITA è uno strumento fondamentale per l'astronomia a raggi X del XXI secolo, e si prevede che fornirà dati preziosi per molti anni a venire. La sua missione contribuirà in modo significativo alla nostra comprensione dell'universo ad alte energie e all'esplorazione dei fenomeni cosmici più estremi.

Le missioni spaziali dedicate all'astronomia a raggi X, come quelle viste finora, hanno rappresentato una vera e propria rivoluzione nella nostra comprensione dell'universo. Grazie a queste missioni, gli astronomi hanno potuto osservare il cielo in una banda dello spettro elettromagnetico invisibile all'occhio umano e in gran parte bloccata dall'atmosfera terrestre, aprendo una finestra unica su fenomeni cosmici ad alta energia.

I dati raccolti da queste missioni sono stati fondamentali per la creazione di cataloghi e mappe dettagliate del cielo a raggi X, strumenti indispensabili per la ricerca astronomica. Questi cataloghi, che raccolgono informazioni sulla posizione, l'intensità e lo spettro delle sorgenti di raggi X, permettono agli astronomi di studiare una vasta gamma di oggetti celesti, dalle stelle alle galassie, dagli ammassi di galassie ai buchi neri, e di tracciare l'evoluzione dell'universo nel corso del tempo.

Catalogo Uhuru 4 (4U) - 1978

Il primo satellite Uhuru ha prodotto un catalogo di sorgenti di raggi X che include oltre 300 sorgenti identificate. In particolare, il catalogo Uhuru, ufficialmente noto come "The Fourth Uhuru Catalog of X-ray Sources" e abbreviato in 4U, contiene informazioni su 339 sorgenti di raggi X, e le informazioni spaziano dalle coordinate celesti delle sorgenti ai flussi di raggi X fino alla distribuzione di energia e ai cambiamenti di intensità nel tempo. I dati sono stati successivamente integrati con quanto raccolto dall'Einstein Observatory.

Catalogo HEAO-1 A-1 - 1984

Oltre alle missioni principali viste nel paragrafo precedente, la NASA ha dato vita anche a una serie di satelliti HEAO (High Energy Astronomical Observatory) che si sono rivelati molto importanti. Tra questi, HEAO-1 è stato lanciato il 12 agosto 1977 e ha dato vita al catalogo HEAO-1 A-1 nel 1984. Questo catalogo contiene informazioni su 842 sorgenti di raggi Xed è stato fondamentale per l'astronomia a raggi X ampliando la conoscenza del cielo a raggi X, consentendo nuovi studi e fornendo nuovi dati.

Catalogo ROSAT All-Sky Survey (RASS) - 1999

Il RASS (ROSAT All-Sky Survey) è stato un progetto ambizioso, realizzato grazie all'operatività del satellite ROSAT. Anche in tal caso, i dati raccolti durante hanno portato alla creazione di un catalogo di oltre 100.000 sorgenti di raggi X, noto come "ROSAT All-Sky Survey Catalog" e contenente sempre dati su posizione, intensità di flusso, distribuzione di energia nello spettro e variabilità nel tempo. La visione del cielo a raggi X era quindi sempre più completa, rivelando nuove classi di oggetti celesti. 

Catalogo XMM-Newton Serendipitous Source - 2003

Il Catalogo XMM-Newton Serendipitous Source (XMM-Newton SSC) è una risorsa fondamentale per l'astronomia a raggi X, derivata dalle osservazioni del telescopio spaziale XMM-Newton dell'ESA. La parola "serendipitous" in questo contesto è cruciale: il catalogo non contiene solo le sorgenti di raggi X che erano l'obiettivo primario delle osservazioni, ma anche molte altre sorgenti, spesso inaspettate, che si trovano nel campo di vista degli strumenti. In altre parole, sono "scoperte casuali" (serendipitous) che arricchiscono enormemente il valore scientifico dei dati. 

Il catalogo XMM-Newton SSC è una vasta raccolta di informazioni su milioni di sorgenti di raggi X, che spaziano da oggetti celesti vicini, come stelle e sistemi binari nella nostra galassia, a oggetti estremamente distanti e antichi, come quasar e galassie attive. Per ogni sorgente, il catalogo fornisce dati essenziali. I dati forniti insistono sempre sulle stesse grandezze ma ciò che rende unico questo catalogo è il numero di sorgenti, di gran lunga superiore ai precedenti, ma anche la profondità di campo che ha consentito di studiare oggetti meno luminosi nonché la qualità dei dati.

Chandra Source Catalog

Chandra Source Catalog è un catalogo di sorgenti di raggi X derivato dalle osservazioni del Chandra X-ray Observatory e vede un netto miglioramento in dettaglio delle immagini e spettri ad alta precisione, il tutto applicato a una vasta gamma di oggetti celesti, aprendo nuove frontiere nella ricerca astronomica. Il Chandra Source Catalog è quindi una vasta raccolta di informazioni su milioni di sorgenti di raggi X, presentati con una risoluzione angolare senza precedenti in grado di distinguere sorgenti molto vicine tra loro. 

NuSTAR Catalog

Il NuSTAR Catalog, derivato dalle osservazioni del Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR), offre una prospettiva unica sull'universo ad alta energia, focalizzandosi specificamente sulla banda dei raggi X duri, cruciale per studiare i fenomeni più estremi e violenti del cosmo. Il catalogo si presta quindi benissimo allo studio di buchi neri e resti di supernova, AGN e microquasar.

Il NuSTAR data archive è accessibile attraverso il HEASARC (High Energy Astrophysics Science Archive Research Center) della NASA. Puoi cercare "NuSTAR data archive" su HEASARC per accedere ai dati e alla documentazione relativa al catalogo. Essendo una risorsa specializzata, la consultazione del catalogo e dei dati richiede una certa familiarità con gli strumenti di ricerca e analisi di HEASARC.

ROSITA All-Sky Survey (eRASS)

Il catalogo ROSITA All-Sky Survey (eRASS) rappresenta una delle risorse più complete e dettagliate per l'astronomia a raggi X, frutto della mappatura sistematica del cielo effettuata dal satellite ROSITA. eRASS si distingue per la sua elevata sensibilità e risoluzione, consentendo di rivelare sorgenti di raggi X deboli e distanti con una precisione senza precedenti. La sua mappatura completa del cielo offre una visione panoramica dell'universo a raggi X, rivelando la distribuzione e le proprietà di una vasta gamma di oggetti celesti, dalle stelle alle galassie, dagli ammassi di galassie ai buchi neri.

Tra gli obiettivi scientifici di eRASS si trovano gli studi sull'evoluzione cosmica e la ricerca di materia oscura ed energia oscura. In particolare, il catalogo eRASS permette di mappare l'universo caldo oltre che studiare galassie e loro evoluzione e popolazioni di sorgenti. 

L'astronomia a raggi X si trova in un periodo di grande fermento, con nuove missioni spaziali in fase di sviluppo e progetti ambiziosi che promettono di rivoluzionare ulteriormente la nostra comprensione dell'universo. Dopo i successi di Chandra, XMM-Newton, NuSTAR e ROSITA, la comunità scientifica internazionale è già al lavoro per progettare i telescopi a raggi X del futuro, strumenti ancora più potenti e sofisticati in grado di svelare i segreti di fenomeni cosmici sempre più estremi. Uno degli obiettivi principali è la caratterizzazione dettagliata dei buchi neri e delle stelle di neutroni. Con strumenti sempre più precisi, sarà possibile misurare con maggiore accuratezza lo spin dei buchi neri e gli effetti della gravità estrema vicino all’orizzonte degli eventi, testando così la relatività generale in modi mai visti prima. Anche lo studio delle stelle di neutroni beneficerà di questi progressi, con ricerche dedicate alla loro struttura interna e alla natura della materia a densità estreme.

Un altro settore chiave sarà l’esplorazione degli ammassi di galassie e della materia oscura. Con osservatori sempre più sensibili, gli astronomi potranno mappare la distribuzione della materia oscura con una precisione

Tra le missioni più attese, spicca Athena (Advanced Telescope for High Energy Astrophysics), un progetto dell'ESA che sarà il più grande telescopio a raggi X mai costruito. Con una superficie di raccolta e una sensibilità senza precedenti, Athena permetterà di osservare sorgenti di raggi X deboli e distanti, aprendo nuove frontiere nella ricerca sull'universo primordiale, sull'evoluzione delle galassie e sulla natura della materia oscura ed energia oscura. Proposto dall'Agenzia Spaziale Europea (ESA), ATHENA è una missione di punta prevista per il 2030.

Un'altra missione promettente è Lynx, un concept della NASA che prevede la costruzione di un telescopio a raggi X con una risoluzione angolare ancora più elevata di Chandra. Lynx sarà in grado di fornire immagini dettagliatissime di oggetti celesti, rivelando dettagli importanti sulla loro struttura e morfologia. A differenza di ATHENA, che è già selezionato dall’ESA per il 2030, Lynx è ancora in fase di concettualizzazione e non ha ricevuto un via libera definitivo dalla NASA. Il Decadal Survey 2020 ha raccomandato lo sviluppo di un grande osservatorio a raggi X, ma con un focus più generale rispetto al concetto originale di Lynx. Se finanziato, Lynx potrebbe essere operativo nella seconda metà degli anni 2030 o nei primi anni 2040, rappresentando il prossimo grande salto nell'astronomia X dopo Chandra.

ASTENA (Advanced Surveyor of Transient Events and Nuclear Astrophysics) è invece un progetto che mira a focalizzare i raggi X duri e i raggi gamma soffici, superando le limitazioni attuali nella localizzazione spaziale e nelle capacità di imaging per energie superiori a 70 keV. ASTENA è stato proposto come missione nell'ambito del programma Voyage 2050 dell'ESA. Progetti futuri sono anche eXTP e IXPE: eXTP (enhanced X-ray Timing and Polarimetry mission) è una missione internazionale con una forte partecipazione europea, progettata per studiare la fisica in condizioni estreme come quelle presenti nei buchi neri e nelle stelle di neutroni. eXTP combinerà misurazioni di temporizzazione e polarimetria per fornire una comprensione più profonda di questi oggetti compatti. Il secondo (Imaging X-ray Polarimetry Explorer) è invece una collaborazione tra NASA e Agenzia Spaziale Italiana (ASI), lanciata nel dicembre 2021. IXPE è il primo satellite dedicato alla misurazione della polarizzazione dei raggi X, offrendo nuove informazioni sulla geometria e sui processi fisici delle sorgenti di raggi X.

Discorso a parte per LAUE Project: un progetto supportato dall'Agenzia Spaziale Italiana (ASI) e dedicato allo sviluppo di lenti di Laue per l'astronomia nei raggi X duri e gamma soffici. Questo progetto mira a realizzare lenti con lunghezze focali fino a 100 metri, migliorando significativamente la sensibilità in questo intervallo energetico.

Oltre a queste missioni di "grande osservatorio", sono in fase di sviluppo anche progetti più piccoli e specializzati, dedicati allo studio di specifici fenomeni cosmici. Ad esempio, la missione XRISM (X-ray Imaging and Spectroscopy Mission), una collaborazione tra Giappone e Stati Uniti, si concentrerà sull'osservazione di raggi X con elevata risoluzione spettrale, permettendo di studiare la composizione chimica e le proprietà fisiche delle sorgenti con precisione.

Il futuro dell'astronomia a raggi X è dunque ricco di promesse, con nuove missioni e tecnologie che ci permetteranno di esplorare l'universo ad alte energie con una profondità e un dettaglio mai visti prima. L'astronomia a raggi X continuerà a essere una delle discipline più dinamiche e innovative dell'astrofisica, regalandoci nuove scoperte e ampliando i nostri orizzonti sulla conoscenza del cosmo.