I lampi gamma osservati da GLAST-Fermi

[Carnevale della Fisica]

Il fenomeno apocalittico osservato anche da ricercatori italiani

Il satellite della NASA “GLAST” è nello spazio da quasi due anni, e continua ad osservare fenomeni nell’Universo che sono osservabili e rilevabili solo dai suo sofisticati apparati di bordo. Una volta entrato in orbita, dopo il lancio del 10 giugno 2008, e poi diventato operativo, GLAST è stato poi ribattezzato “Enrico Fermi”, in omaggio al celebre fisico italiano che fu tra i grandi promotori della fisica moderna. Il satellite riesce con sensibilità e precisione ad osservare sorgenti cosmiche capaci di emettere enormi quantità di energia sotto forma di raggi gamma; queste sorgenti comprendono fra l'altro pulsar, buchi neri, resti di supernovae e lampi gamma.

Una delle osservazioni più recenti, ha riguardato una grande esplosione proveniente da una remota regione del cosmo, lontana circa 10 miliardi di anni luce, che è giunta agli strumenti di osservazione come un lampo di raggi gamma della durata di circa un quarto d’ora. Le osservazioni sono state effettuate da un gruppo di ricerca dell’Università di Bari, l’ateneo che assieme al Politecnico, come Dipartimento di Fisica, partecipa alla missione scientifica della missione “Fermi” assieme ad altri gruppi di ricerca italiani ed internazionali.

In particolare, l'evento è stato riscontrato da un giovane ricercatore dell’Università di Bari, il dottorando Francesco De Palma, che fa parte di un gruppo di docenti e ricercatori del dipartimento interuniversitario di fisica e della sezione dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), che da dieci anni collabora alla missione di GLAST-Fermi.

«Nel corso del 2009 il satellite Fermi” – spiega Paolo Spinelli, che guida il gruppo di ricercatori dell’Università di Bari – “ha già osservato una decina di lampi di luce gamma. Quest’ultimo però, da noi osservato in settembre, è davvero gigantesco e si stima che l’energia messa in gioco sia paragonabile a tutta quella emessa dall’intero universo in un secondo o dal sole se dovesse scomparire trasformando tutta la sua massa in un lampo di raggi gamma”.

I raggi gamma, come quelli X sono fotoni, cioé costituenti elementari della radiazione elettromagnetica, ma di energia molto più alta di quelli corrispondenti alla luce visibile. Si osservano attraverso queste radiazioni corpi celesti dai nomi esotici e dalle proprietà altrettanto inconsuete quali pulsar, quasar, gamma ray burst, buchi neri, che recano informazioni su un universo agli inizi della sua espansione, quindi molto più giovane, e fortemente turbolento.

«Adesso - aggiunge Spinelli - si aprono una molteplicità di scenari per spiegare l’origine e la natura di queste immani esplosioni: riguardano una stella decine di volte più massiccia del sole? Uno scontro tra due stelle di neutroni? Tutto il team che collabora alla missione sta approfondendo queste indagini”.
“E’ proprio monitorando con attenzione il flusso costante di questi segnali che si riscontra spesso che da remote regioni del cosmo sopraggiungono lampi di raggi gamma testimoni di esplosioni di energia apocalittica. ».

Il primo lampo gamma rivelato da Fermi il 16 settembre 2008 (e noto come GRB 080916 C, perché si trattava del terzo evento visto quel giorno da tutta la flotta mondiale dei satelliti X e gamma operativi) è stato emesso da una remota galassia a più di 12 miliardi di anni luce dalla Terra come prodotto di un rapidissimo e violento collasso di una sorgente cosmica: “Per un paio di minuti” – spiega il professor Spinelli – “il lampo è stato più luminoso non solo di qualsiasi altra sorgente, ma anche dello stesso universo nella banda dei raggi gamma. Alla fine di questa emissione, la sorgente si è spenta lasciando solo una debolissima eco che per alcuni giorni è stata rivelabile solo dai più sensibili telescopi terrestri e spaziali. Il LAT, insieme all’altro rivelatore per gamma meno energetici, ha registrato l'arrivo dei fotoni gamma con estrema precisione, in un intervallo di energia molto ampio: il fotone più energetico registrato dal LAT ha un'energia oltre un milione di volte maggiore rispetto a quello meno energetico registrato dal GBM.

“Questi dati” – aggiunge il fisico dell’atenèo barese – “hanno permesso di far emergere alcuni aspetti sorprendenti e altri misteriosi di questa sorgente di radiazione gamma in evoluzione. Tra i gamma rivelati dai due dispositivi si è registrato un ritardo di 5 secondi su un viaggio di 12 miliardi di anni: può sembrare insignificante ma invece è un dato importante che si sta rivelando una caratteristica comune dei lampi gamma, come anche riscontrato dal satellite AGILE. E' la prova che i fotoni gamma vengono prodotti in zone diverse della sorgente, oppure che fanno più fatica a farsi strada. Questo ritardo potrà trovare spiegazione appellandosi a fenomeni astrofisici conosciuti oppure, forse, occorrerà invocare teorie molto più esotiche e rivoluzionarie come la “gravità quantistica”.

Il satellite GLAST-Fermi è stato realizzato dalla NASA con un contributo italiano di rilievo, coordinato e finanziato dall'Agenzia Spaziale Italiana in collaborazione con INFN e INAF. Inoltre, aziende come Thales Alenia Space Italia e la comunità scientifica nazionale, grazie all'esperienza acquisita negli anni passati e culminata con il satellite tutto italiano AGILE, hanno costruito il cuore dello strumento principale a bordo del satellite, e a questa realizzazione hanno partecipato anche ricercatori italiani, in particolare delle Università di Pisa e Bari.

Antonio Lo Campo





I raggi gamma osservati dallo spazio fin dagli anni sessanta
L’indagine scientifica diretta sui raggi gamma cosmici nasce all’inizio degli anni ’60 attraverso segnali raccolti da satelliti militari statunitensi messi in orbita per monitorare eventuali test nucleari effettuati in violazione al trattato di sospensione sottoscritto tra le super-potenze. Questi satelliti non avevano a bordo dispositivi molto sofisticati di localizzazione ma notarono frequenti lampi di raggi gamma di origine sconosciuta provenienti non dalla superficie terrestre, ma dalla volta celeste. Dieci anni dopo, rimosso il segreto militare, gli astrofisici intrapresero uno studio sistematico con apparecchiature più moderne installate su diversi satelliti. Alla fine degli anni ’90 il satellite dell’Agenzia Spaziale Italiana, denominato Beppo-Sax, tecnologicamente molto avanzato, ha chiarito che questi lampi (almeno un lampo al giorno), raggiungono senza preavviso la terra da distanze variabili che si spingono sino quasi ai confini dell’universo osservabile (oltre 10 miliardi di anni luce).
Simultaneamente o subito dopo l’arrivo essi si possono associare con estrema precisione, date le elevate capacità di localizzazione spaziale dei nuovi apparati satellitari, a partire da Beppo-Sax, a sorgenti molto attive ed osservabili nella banda radio, nel visibile e nella banda dei raggi X con telescopi a terra o in orbita: queste ultime misure ci consentono di stimare le distanze attraverso lo spostamento verso frequenze più basse della radiazione (red-shift).
(A L C)

[Salvatore S]

da quello che ho letto in giro sembrerebbe che un numero rilevante di gamma ray burst sia avvennuto ad un certo red-shift che corrisponderebbe al periodo in cui nell'universo è iniziata la star formation. ci potrebbe essere un collegamento o i GRB si distribuiscono in modo abbastanza omogeneo a tutti i red-shift?