http://classmeteo.weather.com-Esplosione Supernova: ecco l’Acceleratore di Particelle dell’Universo

Esplosione Supernova: ecco l’Acceleratore di Particelle dell’Universo

Il telescopio Fermi, della Nasa, ha individuato le tracce degli acceleratori presenti nell'Universo che danno origine ai raggi cosmici.

Il telescopio Fermi, chiamato in precedenza GLAST(Gamma-ray Large Area Space Telescope), ha osservato per la prima volta, le tracce degli acceleratori dell’Universo, che conferiscono alle particelle energia e velocità altissime, tali da scagliarle nello spazio per poi giungere sulla Terra come raggi cosmici.

Lo studio è stato pubblicato il 15 Febbraio su Science, e vede la collaborazione di numerosi ricercatori italiani dell’Istituto nazionale di fisica nucleare (Infn), dell’Istituto nazionale di astrofisica (Inaf) e dell’Agenzia spaziale italiana (Asi).

Sopra, i resti della supernova SN 1006 visti a onde radio (rosso), raggi X (blu) e luce visibile. (Esa)

Chiariamo prima alcuni concetti!

I raggi cosmici altro non sono che particelle, per lo più protoni, accelerati a velocità relativistiche. E’ difficile dire da dove vengano perché il debole campo magnetico che pervade la nostra galassia è sufficiente per curvare la loro traiettoria rendendo impossibile ricostruire la loro direzione di origine. Non resta che procedere a ritroso cercando di capire quali condizioni fisiche siano necessarie per accelerare particelle ad energie così alte.

Sappiamo che la maggioranza dei raggi cosmici sono protoni e quello che cerchiamo è la prova della presenza di protoni accelerati. Peccato che i protoni siano difficili da rivelare. L’unico modo che abbiamo di indovinare la presenza di protoni accelerati è attraverso i prodotti della loro interazione con il mezzo interstellare, in particolar modo i raggi gamma.

Il telescopio Fermi, messo in orbita nel Giugno 2008, si è dimostrato utile a tal scopo. Approvato nel 2001 dalla NASA, a cui collaborano agenzie Francesi, Svedesi, Giapponesi e Italiane, è stato concepito per lo studio della radiazione elettromagnetica emessa da corpi celesti nell’intervallo di energie tra 8 keV e 300 GeV (quindi raggi gamma).

Ma perchè si studiano i raggi gamma?

All’emissione di raggi cosmici carichi si accompagna l’emissione di raggi gamma, che, quindi, vengono utilizzati come tracciatori dell’accelerazione cosmica di particelle.
Ma non è tutto. Dal momento che i raggi gamma si propagano in linea retta, possiamo individuarne l’origine.

Inoltre, per loro natura, i raggi gamma sono in grado di attraversare distanze cosmologiche (l’universo è essenzialmente trasparente alla radiazione nella banda di energia di interesse per Fermi) e non vengono deviati dai campi magnetici, per cui permettono di studiare i fenomeni più violenti che avvengono in natura fino ai confini dell’universo visibile. Vengono però, assorbiti completamente nell’alta atmosfera, per cui non posso raggiungere la superficie terrestre ed è necessario l’impiego di telescopi spaziali, come quello sopra citato, per studiarli.

Lo studio effettuato!

Il telescopio Fermi ha osservato ciò che resta di due supernove, esplosioni stellari estremamente energetiche nello stadio finale dell’evoluzione di due stelle massicce, che provocano un’onda d’urto in grado di scagliare le particelle a grandissima velocità.
Secondo la teoria quando l’onda incontra densi strati di materia, innesca l’accelerazione delle particelle, soprattutto di protoni, già previsto in forma semplificata da Enrico Fermi, che è all’origine delle altissime energie raggiunte dai raggi cosmici.

La scoperta ora, risiede nel fatto che i protoni, non solo vengono accelerati ad altissima velocità ed energia, ma collidono fra di loro dando origine a una cascata di particelle secondarie. Il telescopio Fermi lo conferma, fornendo le prime prove dirette.

Quando i protoni si scontrano con altri protoni appartenenti ad una nube interstellare, producono una serie di particelle, una delle quali è il pione neutro, che decade immediatamente in due raggi gamma ad alta energia. I raggi gamma prodotti con questo tipo di decadimento hanno una firma spettrale ben precisa e inconfondibile: un picco intorno ai 100 MeV.

Studiando i raggi gamma provenienti dai resti delle due supernove, il telescopio ne ha individuati tantissimi di questo tipo, dando prova che le esplosion stellari costituiscono dei veri acceleratori.

Si tratta di ”uno dei risultati più attesi e importanti degli ultimi vent’anni per la astrofisica delle alte energie e per la fisica delle astroparticelle”, commenta Ronaldo Bellazzini, coordinatore per l’Infn del gruppo di scienziati italiani di Fermi. “Abbiamo ora l’evidenza diretta che la nostra galassia è popolata da una moltitudine di macchine acceleratrici, in grado di portare i raggi cosmici a energie cosi elevate che neppure potremmo immaginare di raggiungere con i nostri acceleratori terrestri. In pratica sono potenti laboratori per studiare fenomeni inaccessibili con gli strumenti che l’uomo può pensare di costruire sulla Terra”.

Adesso si conosce il luogo in cui vengono accelerati i raggi cosmici che ci piovono addosso continuamente, ma non sappiamo ancora in dettaglio come ciò avvenga, ed è qui che ora la ricerca punterà le proprie risorse.

Caterina Leo