Stukhtra

di Marco Cagnotti

Arrivano dallo spazio profondo, ma nessuno sa da dove: i raggi cosmici sono un intrigante mistero dell’astrofisica da circa un secolo, ossia da quando furono scoperti da Domenico Pacini. In sostanza, sono protoni. Semplice. Che c’è di strano? Beh, anzitutto arrivano da ogni direzione dello spazio. E già questo rende impossibile scoprirne la sorgente. Inoltre questi protoni filano a velocità prossima a quella della luce. E questo non è più così semplice. Che cosa li ha accelerati così? Enrico Fermi fece una proposta: intensi campi magnetici. Poi qualcun altro suggerì i campi prodotti dai buchi neri o dalle supernove. E arriviamo a oggi, quando Fermi (un altro) scandagliando il cielo nei raggi gamma scopre che è proprio così. Forse.

Il Fermi Gamma-ray Space Telescope è un Osservatorio spaziale progettato per studiare il cielo nella banda gamma della radiazione elettromagnetica. Infatti i raggi gamma sono filtrati dall’atmosfera (per nostra fortuna) e per osservarli bisogna andare nello spazio. Di recente Fermi ha studiato l’emissione di alcuni resti di supernova, ossia quanto rimane dell’esplosione di stelle di grande massa. Di questi, ce n’è di antichi e di più recenti. “Fermi ci consente ora di confrontare l’emissione gamma di resti di supernova di differente età in differenti ambienti”, ha spiegato Stefan Funk, del Dipartimento di Fisica della Stanford University. Sicché l’Osservatorio ha puntato W51C, W44 e IC 443, risalenti a epoche comprese fra 4.000 e 30 mila anni, e anche Cassiopeia A, vecchio di soli 330 anni. I risultati sono stati descritti da Funk durante un recente convegno dell’American Physical Society. Il confronto con le misure di altri strumenti ha mostrato come le sorgenti più antiche siano anche meno brillanti nella radiazione gamma meno energetica, mentre quelle più giovani emettono soprattutto raggi gamma a grande energia. Perché? E che cosa c’entrano i raggi gamma, cioè radiazione elettromagnetica, con i raggi cosmici, che sono protoni e quindi materia?

Un'immagine del resto di supernova Cassiopeia A. In viola l'emissione gamma rivelata dal Fermi Gamma-ray Space Telescope, in blu e verde quella X ripresa dal Chandra X-ray Observatory, in giallo la luce visibile fotografata dall'Hubble Space Telescope, in rosso la radiazione infrarossa registrata dallo Spitzer Space Telescope e in arancione le onde radio raccolte dal Very Large Array di Socorro, nel New Mexico. (Cortesia: NASA, DOE, Fermi LAT Collaboration, CXC, SAO, JPL-Caltech, Steward, O. Krause et al., NRAO/AUI)

Nel 1949 Enrico Fermi suggerì che quei protoni sarebbero stati accelerati dopo essere rimasti intrappolati dentro intensi campi magnetici. Intensi come quelli prodotti nei resti di supernova, si concluse negli anni seguenti. Ma, quando un protone così veloce colpisce un atomo del gas intorno a un resto di supernova, emette… radiazione gamma, vedi un po’. Tanto più energetica quanto più veloce è il protone, perciò quanto più intenso è il campo magnetico accelerante, dunque quanto più giovane è la supernova. Bingo! Le misure raccolte da Fermi (l’Osservatorio, non lo scienziato) confermano l’ipotesi di Fermi (lo scienziato, non l’Osservatorio).

Ma non è detta l’ultima parola. La stessa radiazione gamma dai resti di supernova potrebbe essere prodotta da elettroni molto veloci che sfiorano i nuclei atomici del gas. “Per il momento non possiamo discriminare fra queste due ipotesi”, ha ammesso Stefan Funk. “Ma ci aspettiamo che ulteriori osservazioni di Fermi ci aiutino a farlo”.