Fermi osserva la luce di tutte le stelle esistite nell'Universo

Il telescopio americano Fermi ha portato a termine uno degli obiettivi principali della sua missione, ossia quello di eseguire la misurazione più accurata finora realizzata della luce proveniente da ogni stella mai esistita nell'Universo.

«La luce visibile e quella ultravioletta emessa dalle stelle continua a viaggiare nell'Universo anche dopo che la stella si è spenta, creando un campo di radiazioni fossili che possiamo esplorare usando i raggi gamma provenienti da antiche sorgenti» ha commentato Marco Ajello del Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology all'università di Standford.

I raggi gamma sono la forma più energetica in cui possiamo trovare la luce. Ogni tre ore, il Large Area Telescope (LAT) a bordo di Fermi esplora l'intero cielo stellato alle lunghezze d'onda dei raggi gamma, creando mappe dettagliatissime dell'Universo visto da questa prospettiva. 

La somma di tutta la luce emessa da tutte le stelle dell'Universo è la cosiddetta luce extra-galattica di sottofondo, o EBL. Questa luce agisce da "nebbia cosmica" per i raggi gamma: ogni tanto, essi attraversano questa luce e si trasformano in una coppia di particelle formata da un elettrone e dal suo speculare, il positrone. Durante questo processo, si perde l'energia alle lunghezze d'onda dei raggi gamma, e quindi queste sorgenti diventano meno luminose viste da lontano, come se fossero dei fari circondati dalla nebbia.

Ajello e il suo team hanno studiato 150 blazar, ossia galassie alimentate da buchi neri e visibili ad energie maggiori di 3 miliardi di GeV – più di un miliardo di volte l'energia della luce visibile.

«Ne conosciamo più di mille e infatti sono la sorgente più comune scoperta da Fermi, ma i raggi gamma visibili a queste energie sono pochi e distanziati tra loro, e per questo ci abbiamo messo quattro anni per completare quest'analisi» ha commentato Justin Finke del Naval Research Laboratory di Washington.

Mentre la materia cade nel cuore di una galassia blazar, ossia verso il buco nero, parte di essa viene espulsa in direzioni opposte a velocità poco inferiori di quella della luce. Questi getti producono anche raggi gamma che percorrono miliardi di anni-luce per raggiungerci, e spesso durante il loro lungo tragitto incontrano vaste quantità di luce emessa dalle stelle. Questa luce – l'EBL – soffoca i raggi gamma, e per questo la galassia appare meno luminosa.

Studiando blazar vicini tra loro, gli scienziati hanno determinato la quantità di raggi gamma che dovrebbero essere emessi a diverse energie, calcolando così quanti sono rimasti intrappolati nella nebbia cosmica. I blazar più lontani mostrano pochissimi raggi gamma alle energie più alte, attorno a 25 GeV, dato che devono percorrere più spazio e quindi incontrano più nebbia. Grazie a questi semplici calcoli, i ricercatori hanno calcolato il ritmo medio di assorbimento, dividendo i blazer in tre categorie in base alla loro distanza, compresa tra i 9,6 miliardi e pochi milioni di anni luce.

Conoscendo il ritmo medio di assorbimento dei raggi gamma, i ricercatori sono poi stati in grado di calcolare lo spessore di questa nube cosmica generata da ogni stella dell'Universo.  I risultati sono molto interessanti: la densità stellare media del cosmo è di circa 1,4 stelle ogni 100 miliardi di anni luce cubici, il che vuol dire che la distanza media tra ogni stella nell'Universo è di 4150 anni luce.

«I risultati ottenuti da Fermi ci forniscono l'ombra delle prime stelle, gettando le basi al telescopio Webb che ce le mostrerà direttamente» ha commentato Volker Bromm dell'Università del Texas.

Julie McEnery ha invece affermato di essere «molto eccitato all'idea di approfondire ancor di più le nostre misurazioni».

Per leggere tutti gli articoli su questa missione, visita la sezione di questo sito dedicata esclusivamente a Fermi, cliccando qui. Gli aggiornamenti minori sulla missione saranno pubblicati negli episodi di Centro Controllo Missione, la nostra nuova serie che vi dà, due volte alla settimana, un quadro generale di tutte le missioni in giro per l'Universo.

Didascalie delle immagini

1) Quest'immagine è stata costruita con 4 anni di osservazioni di raggi gamma con energie maggiori di 10 miliardi di GeV. I pallini verdi rappresentano le posizioni dei 150 blazar osservati da Fermi. © NASA/DOE/Fermi LAT Collaboration

2) Il ritmo medio di assorbimento dei raggi gamma da parte dell'EBL durante tre periodi diversi della storia dell'Universo. © NASA Goddard Space Flight Center

3) La stessa immagine di prima confrontata con la scala temporale dell'Universo. Il picco di formazione stellare si è verificato quando l'Universo aveva 3 miliardi di anni. © NASA Goddard Space Flight Center