Lo spettrografo ad ampia banda X-SHOOTER per il VLT

X-SHOOTER è uno spettrografo ad alta efficienza e media risoluzione che permetterà di coprire simultaneamente l'intero intervallo spettrale dal cutoff atmosferico nell'ultravioletto (300 nm) fino al vicino infrarosso (2.5 $\mu$). Al fine di garantire un'alta efficienza su un intervallo così ampio lo strumento consiste di tre spettrografi separati, uno per la banda UV e blu, uno per la banda visibile e rossa, e uno per la parte infrarossa, quest'ultimo totalmente criogenico. La risoluzione spettrale è dell'ordine di 10.000 per una fenditura di 0.6 secondi d'arco, sufficientemente alta per gli scopi scientifici primari di X-SHOOTER (cioè spettroscopia simultanea dall'UV al vicino IR delle sorgenti più deboli raggiungibili con un telescopio di 8m di diametro). X-SHOOTER sarà montato al fuoco Cassegrain, un fuoco altamente efficiente che in parte compensa il mancato uso dell'ottica adattiva che era invece prevista per AVES.

A partire dal 2002, è stato realizzato uno studio di fattibilità per X-SHOOTER da parte di un Consorzio europeo guidato da ESO, comprendente i quattro Osservatori italiani del team AVES, oltre a diversi Istituti in Olanda, Danimarca e Francia. Il Consorzio italiano, guidato dall'Osservatorio di Palermo (P.I.: R. Pallavicini), ha la responsabilità primaria di uno dei tre spettrografi, quello visibile, dell'ottica dell'unità di pre-slit, e dello sviluppo del software di controllo per tutti e tre i bracci.

Il progetto ha superato le varie fasi di progettazione tipiche per la realizzazione di uno strumento complesso. Dopo lo studio di fattibilità completato a marzo del 2003 e presentato al comitato tecnico-scientifico dell'ESO che ne ha raccomandato la prosecuzione, il progetto è stato definitivamente approvato dal Council dell'ESO nel dicembre 2003. È seguita la fase preliminare del progetto, terminata con la Preliminary Design Review (PDR), avvenuta con successo nel Dicembre del 2004. Il 2005 è stato dedicato alla progettazione finale, conclusasi con la Final Design Review (FDR) nel febbraio 2006. Attualmente sono in corso di realizzazione i sottosistemi ottici e meccanici che verranno in seguito assemblati e allineati presso la sede di Merate dell'Osservatorio Astronomico di Brera. La prima luce dello strumento è prevista per il 2008.

Le motivazioni scientifiche di X-SHOOTER sono state elaborate nel corso dello studio di fattibilità con il coinvolgimento di una comunità molto vasta, anche al di fuori dei gruppi che hanno proposto lo strumento. In Italia, hanno partecipato alla formulazione del caso scientifico di X-SHOOTER ricercatori degli Osservatori di Brera, Padova, Trieste, Bologna, Arcetri, Roma, Napoli, Catania e Palermo. Tra gli obiettivi scientifici prioritari citiamo la comprensione dell'origine e della natura dei Gamma Ray Bursts, lo studio delle nane brune, l'identificazione dei progenitori delle supernovae di tipo Ia e lo studio della fisica dell'esplosione, l'evoluzione chimica delle stelle risolte in galassie del Gruppo Locale, le proprietà delle galassie ad alto redshif, la tomografia del mezzo intergalattico. Oltre a partecipare all'elaborazione del caso scientifico e a gestire la partecipazione Italiana a progetto, l'Osservatorio di Palermo ha coordinato, in collaborazione con ricercatori dell'Osservatorio di Brera, lo studio ottico dell'intero strumento, ha sviluppato il disegno ottico degli spettrografi UVB e visibile e dell'unità di pre-slit, si occuperà della realizzazione di gran parte delle ottiche tramite commesse esterne, e infine curerà assieme ai ricercatori di Brera l'integrazione dei due spettrografi UVB e visibile.

La partecipazione italiana ad X-SHOOTER è sostenuta finanziariamente dall'INAF attraverso un protocollo di accordo tra ESO ed INAF. In cambio del contributo in hardware, software e lavoro fornito dai quattro Osservatori impegnati nel progetto, l'INAF riceverà notti garantite che saranno a disposizione della comunità nazionale sotto la responsabilità scientifica ed il coordinamento del PI italiano.

Figura 74: Lo strumento X-Shooter al fuoco Cassegrain del VLT. I tre spettrografi verranno montati su un'unica struttura all'interno della quale la luce viene separata nelle diverse bande e alimenta i tre bracci. Le componenti elettroniche sono montate su una struttura separata per non indurre flessioni sugli spettrografi.

Figura 75: Sezione dello spettrografo visibile. Si notino il prisma e il reticolo in basso e la camera con il suo criostato a sinistra della figura.

Figura 76: Il disegno ottico di uno dei bracci di X-Shooter. Lo schema ottico ``4C'' (Collimator Correction of Camera Chromatism) permette di ridurre notevolmente le dimensioni dei diversi elementi ottici, con risparmio di pesi, spazio e costi.

Figura 77: Uno spettro simulato come verrà osservato sul rivelatore. I diversi ordini spettrali verranno poi estratti da un opportuno software che fornirà un unico spettro calibrato.