Fermi e i misteri cosmici a raggi gamma - parte 2

Le informazioni sulle sorgenti di raggi gamma ottenute da Fermi hanno evidenziato la grandissima varietà di queste ultime, che possono essere principalmente galassie attive contenti buchi neri supermassicci come le blazar oppure enormi ammassi globulari, ma vi sono anche sistemi binari, pulsar e resti di supernove. Ma non dimentichiamo l'altissima percentuale (31%) delle sorgenti di cui non conosciamo la natura. E per evidenziare ancora di più la grandissima varietà di questi oggetti, gli astronomi hanno creato una «top 5» per le sorgenti presenti nella nostra galassia, la Via Lattea.
La nebulosa Granchio. Questa famosissima nebulosa, ubicata nella costellazione del Toro, è formata dai resti di una stella esplosa svariate migliaia di anni fa. Dalla sua distanza – pari a circa 6500 anni luce – e dall'anno preciso in cui divenne visibile agli osservatori terrestri – nel 1054 d.C. – possiamo calcolare approssimativamente la data della sua esplosione: 5446 a.C. Mentre a migliaia di anni luce prendeva vita uno degli oggetti celesti più studiati dall'astronomia moderna, sulla Terra le popolazioni mesopotamiche sviluppavano nuovi e innovativi sistemi di irrigazione.

Al centro di questa nube di gas in continua espansione vi sono i resti del nucleo della stella, i quali hanno dato vita ad un astro densissimo noto come stella di neutroni, oppure pulsar. Questo copro celeste rotea su sé stesso 30 volte al secondo.
Per decenni, la nebulosa Granchio era conosciuta nella comunità scientifica come uno degli oggetti più costanti mai conosciuti, che non rivelava né incrementi né diminuzioni nelle emissioni di energia. Ma gli astronomi hanno recentemente scoperto che dal 2008 (o, dato che stiamo guardando nel passato, dal 4492 a.C.) la nebulosa sta lentamente perdendo energia, pari a circa il 7% di quanto ne emetteva costantemente prima di questa data. Questa riduzione è probabilmente dovuta all'ambiente attorno alla stella centrale.
Dal 2007, invece, Fermi e la sonda italiana AGILE hanno rilevato numerosi lampi gamma, o gamma ray bursts (GRB), provenire dalla Nebulosa. In Aprile, i satelliti hanno rilevato due fra i più potenti lampi di sempre.
Per dare una spiegazione scientifica a queste esplosioni di raggi gamma, gli scienziati hanno ipotizzato che alcuni elettroni vicino alla pulsar siano stati accelerati ad energie biliardi di volte quelle della luce visibile – e molto oltre quello a cui si più ambire al Large Hadron Collider sotto Ginevra, in Svizzera, il più grande acceleratore di particelle sulla Terra.
W44. Altri resti di supernova molto interessanti sono quelli noti come W44. Risalenti a forse 20 mila anni fa – resti di «mezza-età» rispetto alla media –, questi resti sono ubicati a 9800 anni luce dalla Terra, nella costellazione dell'Aquila. Fermi non ha soltanto rilevato questi resti, ma ha anche scoperto alcuni raggi–gamma provenienti dall'onda d'urto causata dalla continua espansione dei resti verso nubi di gas freddo e denso.
Tali osservazioni sono molto importanti per risolvere uno dei più grandi problemi nell'astrofisica moderna: l'origine dei raggi cosmici. I raggi cosmici sono particelle – principalmente protoni – che si muovono nello spazio ad una velocità che lambisce quella della luce. I campi magnetici che i fotoni incontrano durante il loro tragitto fanno deflettere queste particelle, e questo interrompe e scombussola il loro cammino, mascherando le loro vere origini. Gli scienziati non possono dirsi certi che questi raggi cosmici ad altissima energia provengano dai resti di una supernova, ma se dovessero scommettere scommetterebbero su questi ultimi.
Nel 1949, il fisico Enrico Fermi suggerì che questo tipo di raggi cosmici venissero accelerati nei campi magnetici delle nubi di gas. Nei decenni che seguirono, gli astronomi mostrarono che i campi magnetici nell'onda d'urto in espansione causata dai resti di una supernova sono appunto il luogo perfetto per questo processo.
Per ora, le osservazioni di LAT su W44 e molti altri oggetti simili suggeriscono fortemente che le emissioni di raggi gamma nascono dai protoni accelerati mentre collidono con gli atomi di gas.
V407 Cygni. Questo sistema binario è stato definito come «il tipico esempio di simbiosi stellare», in cui il gas proveniente da una gigante rossa divenuta 500 volte il Sole si accumula sulla superficie della compagna – una nana bianca – che poi eventualmente esplode, dando vita ad un evento noto come «nova», dal termine latino che significa «nuova stella». Quando, nel Marzo 2010, Fermi rilevò il più grande flare proveniente da questa coppia posta a 9000 anni luce dalla Terra, gli astronomi rimasero sbigottiti, dato che non avevano minimamente previsto che una simile esplosione potesse dar vita a questo tipo di raggi gamma potentissimi.
PSR J0101-6422. Questo oggetto è stato classificato come pulsar – ossia una stella di neutroni che rotea su sé stessa molto celermente –, e questo tipo di stelle costituiscono il 6% del nuovo catalogo. In alcuni casi, il LAT può rilevare gli impulsi a raggi gamma direttamente, ma molte volte le pulsar sono scoperte da altre lunghezze d'onda. PRS J010-6422 è ubicata nella costellazione australe del Tucano.
«Questa pulsar è diventata un grande esempio di cooperazione fra Fermi e i radio astronomi – scienziati che lavorano in parti nettamente separate dello spettro elettromagnetico» ha commentato David Thompson del Goddard Space Flight Center a Greenbelt, che ha co-guidato il team che ha compilato il catalogo.
L'équipe di Fermi aveva riportato su un catalogo antecedente questa pulsar come una sorgente di raggi gamma non identificata ma abbastanza luminosa. Poiché la sua distribuzione dell'energia dei raggi gamma assomiglia vivamente a quella osservata nelle pulsar, alcuni radio astronomi australiani hanno deciso di studiarla usando il loro radiotelescopio Parkes.
Le pulsar sono stelle di neutroni, oggetti molto compatti che raccolgono decine di masse solari in una sfera delle dimensioni di una città come Washington D.C. Con ogni rotazione, vengono emessi lampi di radiazione simile alla luce dei fari, che va e viene. Questi lampi sono causati dalla rapida rotazione della pulsar e dal suo potente campo magnetico.
Le osservazioni con il telescopio Parkes hanno scoperto una pulsar che ruota su sé stessa quasi 400 volte al secondo, che emette segnali radio e che è ubicata nella stessa zona della sorgente di raggi gamma individuata dal LAT. Gli astronomi di Fermi hanno confermato queste informazioni anche alle lunghezze d'onda dei raggi gamma.
2FGL J0359.5+5410. Gli scienziati non conosco ancora la natura di questa sorgente di raggi gamma che si può discernere nella costellazione Giraffa – o Camelopardalis. Risiede accanto al popolatissimo disco galattico che noi vediamo di profilo – e quindi ancora più denso. Il suo spettro ai raggi gamma assomiglia a quello di una pulsar, ma il suo ritmo di rotazione è sconosciuto e questa sorgente non è stata ancora associata con nessun oggetto visibile ad altre lunghezze d'onda.