scienza

I lampi gamma che non smettono di stupirci

MAGIC ha registrato una valanga di fotoni: mai nessuna sorgente era arrivata a tanto

di Patrizia Caraveo


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(© Martin Siepmann/imageBROKER)

4' di lettura

Le scoperte in astrofisica sono spesso il frutto di sforzi decennali che devono essere portati avanti con molta determinazione ed altrettanta perseveranza da un gran numero di scienziati spesso sparsi in diversi continenti. L’annuncio riguarda un grande risultato ottenuto dallo strumento MAGIC alle Canarie.

Si tratta di uno strumento progettato 15 anni fa per rivelare i fotoni più energetici che si conoscano attraverso la debole luce che emettono durante la loro interazione con l'atmosfera. La luce, prodotta grazie all'effetto Cherenkov, viene rivelata da appositi telescopi di grandi dimensioni che prendono, appunto, il nome di telescopi Cherenkov.

Lo strumento MAGIC (Major Atmospheric Gamma Imaging Cherenkov) è formato da due specchi da 17 metri di diametro ed opera nella caldera vulcanica dell'isola di La Palma, uno dei paradisi astronomici del mondo. È stato costruito e viene gestito da una collaborazione che vede in prima linea Italia, Germania, Spagna e Giappone, con contributi di molte altre nazioni. MAGIC punta verso gli oggetti più violenti del cielo perché i fotoni estremamente energetici che vuole rivelare possono essere prodotti solo in presenza di particelle accelerate ad energie ben superiori a quelle dei nostri acceleratori.

Da anni MAGIC era a caccia dell'emissione di altissima energia dei lampi gamma, uno dei fenomeni più affascinanti che si possano presentare agli astrofisici. Scoperti 50 anni fa da satelliti militari che avevano il compito di controllare il rispetto del trattato di non proliferazione nucleare, si presentano come improvvise emissioni di raggi gamma che appaiono da un punto qualsiasi del cielo, grossomodo una volta al giorno, e accecano gli strumenti per tempi che vanno da frazioni di secondo a pochi minuti.
Rimasero misteriosi per decenni fino a quando il satellite italiano BeppoSAX mise i ricercatori sulla strada giusta riuscendo a localizzare alcuni lampi gamma e facendo capire che erano parenti stretti delle supernove.

Rete globale
Negli anni si è formata una rete globale dedicata allo studio dei lampi gamma che devono essere rivelati da satelliti X e gamma, che orbitano sopra l'atmosfera e scrutano continuamente tutto il cielo, ma che poi devono essere seguiti dal suolo con i telescopi ottici e radio.
Il campione indiscusso alla caccia di lampi gamma è il Neil Gehrels Swift Observatory che allerta in tempo reale la comunità astrofisica fornendo le caratteristiche e la posizione di ogni lampo che rivela. Spesso lavora di concerto con altri osservatori quali l'italiano Agile, l'europeo INTEGRAL e l'osservatorio NASA Fermi: tutte missioni che vedono una partecipazione di spicco della comunità italiana, grazie al supporto dell'Agenzia Spaziale Italiana.

Quando uno di questi satelliti lancia l'allerta lampo gamma, la rete mondiale si mette in moto e gli strumenti vengono subito puntati, spesso in modo automatico, perché con questi fenomeni che si esauriscono coì rapidamente bisogna cogliere l'attimo.

È quello che è successo il 16 gennaio di quest'anno quando Swift ha rivelato un lampo gamma particolarmente brillante GRB190116C (la data seguita da C perché era il terzo della giornata). Tempo 22 secondi ed il mondo era allertato. MAGIC iniziava subito la manovra di ripuntamento che ha richiesto altri 28 secondi. Meno di un minuto dall'inizio del lampo, i telescopi Cherenkov erano in posizione.
Era una manovra che MAGIC aveva ripetuto oltre 100 volte negli ultimi anni, all'inseguimento di altrettanti lampi gamma, senza mai ottenere un risultato positivo. L'operatore era un giovane scienziato giapponese che, come da protocollo, ha chiamato il responsabile in Giappone dove non erano ancora le sei del mattino. E' proprio quest'ultimo che mi ha raccontato che, dopo essere stato svegliato di soprassalto, aveva pensato che si trattava di una manovra di routine e che poteva tornare a letto. Tempo due minuti e il giovane collega manda un messaggio che non può essere ignorato. L'algoritmo di analisi automatica segnalava un segnale mostruoso. Certamente si trattava di un errore. Invece no era l'inizio di una grande storia.

Valanga di fotoni
MAGIC registrava una valanga di fotoni. Mai nessuna sorgente era arrivata a tanto. Nei primi minuti del lampo gamma il tasso di fotoni è stato cento volte maggiore di quello prodotto dalla nebulosa del Granchio, la più brillante sorgente del cielo gamma delle altissime energia.
Il risultato stupefacente non è solo l'abbondanza dei fotoni ma anche (e soprattutto) la loro energia.
Sono 100 volte più energetici di quanto fosse riuscito a vedere il satellite Fermi e questo apre un problema legato alla fisica della sorgente. Quale meccanismo può produrre questi pacchetti di energia ? I colleghi di INAF ed INFN, che hanno partecipato all'analisi dei dati, sono concordi nel dire che tutti i meccanismi utilizzati fino ad ora per spiegare il fenomeno lampi gamma, che funzionano bene fino a produrre raggi gamma di alta energia, non riescono ad arrivare alle altissime energie. Occorre pensare a qualcosa di diverso. È per questo che il risultato di MAGIC è così importante oltre a rivelare il primo intensissimo segnale di fotoni di altissima energia da un lampo gamma, ha dimostrato che occorre ripensare la fisica del fenomeno. A 50 anni dalla scoperta i lampi gamma non smettono di stupirci.

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