L’IFCAI nasce come Istituto CNR indipendente nel 1981 con l’obiettivo di studiare la fisica dello spazio extraterrestre attraverso la misura delle radiazioni captate per mezzo di strumentazione posta su veicoli spaziali. Prima di allora (a partire dal 1968) il gruppo di ricerca che ha dato origine all’IFCAI consisteva formalmente di una sezione distaccata a Palermo del laboratorio di Fisica Cosmica e Tecnologie Relative di Milano (oggi IASF Sezione di Milano) con personale CNR e, a partire dal 1971, di una Unità di ricerca CNR in Astrofisica alle Alte Energie con personale universitario. Del nucleo originario (operante sotto la guida scientifica del Prof. Livio Scarsi) faceva parte anche un gruppo di ricercatori che si occupava di informatica ed in particolare dello studio e sviluppo di metodi matematici per l’analisi di immagini e serie temporali derivanti da osservazioni di X- e Gamma- astronomia.
Astronomia X
Nel settore della Astronomia X l’Istituto IFCAI è stato attivo sin dall’epoca della sua fondazione, partecipando alle missioni spaziali EXOSAT (lanciato nel Maggio 1983) e SpaceLab dell’Agenzia Spaziale europea, ESA. A partire dagli anni ’80, l’IFCAI ha partecipato alla realizzazione di BeppoSAX. BeppoSAX, il primo satellite italiano per astronomia X realizzato dall’ASI (Agenzia Spaziale Italiana) in collaborazione con la NIVR (Agenzia Spaziale Olandese). L’IFCAI ha avuto la responsabilità scientifica di due dei sei esperimenti a bordo del satellite, HPGSPC (High Pressure Gas Scintillator Proportional Counter) e MECS (Medium Energy Concentrator Spectrometer), quest’ultimo realizzato in collaborazione con l’Istituto CNR di Fisica Cosmica di Milano. I due esperimenti sono stati progettati e realizzati (in forma di prototipo) nei laboratori dell’Istituto IFCAI stesso. L’IFCAI ha inoltre partecipato alla gestione scientifica della missione con forte impegno anche nel suo programma osservativo. L’IFCAI ha collaborato anche alla realizzazione del telescopio JET-X a bordo della missione Spectrum X-Gamma che tuttavia non è stata più portata a termine per difficoltà dei partners internazionali della missione stessa.
Gamma-astronomia
L’IFCAI iniziò la sua attività nel settore della Astronomia Gamma partecipando alle grandi collaborazioni internazionali che gestivano i progetti spaziali in astrofisica. Fanno parte del primo periodo di attività:
- la partecipazione alla collaborazione franco-italiana MI-SA-PA per la campagna di lancio dal sud della Francia di palloni stratosferici con a bordo una camera a scintille per l’osservazione della Nebulosa del Granchio. La ricerca, svolta tra il 1968 ed il 1975, rivelò per la prima volta la radiazione pulsata da parte della pulsar NP0532 alle energie maggiori di 50 MeV, confermata in seguito da esperimenti più sensibili;
- la partecipazione alla missione COS-B dell’ESA basata sull’impiego di una camera a scintille posta su satellite. La Caravane Collaboration che gestiva COS-B si costituì intorno al 1965 e si sciolse vent’anni dopo, nel 1985; l’attività legata a COS-B, oltre a produrre risultati scientifici di notevole importanza (come ad esempio la rivelazione e la misura della emissione sopra 50 MeV da parte della pulsar della Vela), impegnò persone e risorse dell’IFCAI per un lungo periodo di tempo e costituì la base per l’acquisizione di conoscenze scientifiche, tecniche e organizzative, patrimonio essenziale per lo sviluppo dei successivi programmi di ricerca. All’attività in COS-B si associò anche una fruttuosa linea di ricerca in radioastronomia che, agli inizi degli anni Ottanta, portò alla scoperta, da parte di ricercatori dell’IFCAI, della prima pulsar binaria superveloce PSR1953+29, e contribuì alla nascita e allo sviluppo di un nuovo campo di indagine legato alla ricerca sistematica delle pulsar superveloci;
- la partecipazione alla realizzazione dell’esperimento italo-francese FIGARO, un rivelatore a ioduro di sodio per lo studio delle pulsar gamma da porre a bordo di palloni stratosferici ad alta quota. L’esperimento FIGARO fu lanciato più volte con successo dalla Sicilia (con recupero in Spagna), e dalla base di Charlesville in Australia, per lo studio delle sorgenti nell’emisfero Sud;
- la partecipazione all’analisi dei dati provenienti dalla missione spaziale CGRO della NASA.
A partire dal 1999, l’IFCAI collabora alla realizzazione della missione INTEGRAL dell’ESA.
Raggi cosmici
In parallelo alla linea di ricerca in X- e Gamma-astronomia, presso l’IFCAI è attivo un gruppo di ricerca osservativo-sperimentale per lo studio dei Raggi Cosmici sia da terra che dallo spazio.
Durante il periodo 1987-1995, l’IFCAI ha partecipato all’esperimento italo-inglese PLASTEX per l’osservazione a terra dei raggi cosmici attraverso gli sciami secondari da essi prodotti per interazione con l’atmosfera terrestre. Nel 1998 l’IFCAI attiva il programma “AirWatch from Space” ed è da allora impegnato nella definizione, progettazione e realizzazione della missione EUSO. EUSO – Extreme Universe Space Observatory, e’ dedicato allo studio dei raggi cosmici di più alta energia tramite la rivelazione (notturna) della luce di fluorescenza ultravioletta emessa dalle particelle cariche degli sciami che interagiscono con l’atmosfera.
Al programma “AirWatch from Space” sono state inoltre dedicate attività di supporto come misure di laboratorio presso il LAX (Laboratorio di Astronomia X) e misure da strumentazione scientifica a bordo di palloni stratosferici (BaBy) e della radiazione di fondo con strumentazione da terra.
Informatica
Sin dall’epoca della sua fondazione, è attivo presso l’IFCAI un gruppo di ricerca in Informatica applicata all’astrofisica. Temi fondamentali sono l’analisi di segnali ed immagini in condizioni di bassa statistica e/o di basso rapporto segnale/rumore, e lo sviluppo di sistemi per l’organizzazione ed analisi di dati provenienti da grossi esperimenti, come quelli di astrofisica delle alte energie. Inoltre era presente una linea di ricerca per l’analisi di immagini in movimento, utilizzando tecniche di calcolo avanzato su computer paralleli.