In primo piano, i due telescopi MAGIC installati sull’isola di La Palma alle Canarie. Sullo sfondo, in alto a sinistra, il Telescopio Nazionale Galileo dell’INAF e a destra il Gran Telescopio CANARIAS. Crediti: R. Wagner, Max Planck-Institut fur Physics
È una tranquilla giornata di giugno del 2010, quando Fermi, l’osservatorio spaziale della NASA che osserva l’universo nei raggi gamma, rivela un impressionante aumento della luminosità di un quasar fino ad allora piuttosto tranquillo, denominato PKS 1222+216. La notizia spinge gli astrofisici dei due telescopi MAGIC (Major Atmpspheric Gamma Imaging Cherenkov) sull’isola di La Palma nell’arcipelago delle Canarie, a puntare i loro strumenti verso quella sorgente. Con grande sorpresa, MAGIC rileva un’intensa emissione variabile nel tempo: in appena dieci minuti, il flusso registrato raddoppia il proprio valore.
I risultati delle osservazioni di MAGIC sorprendono letteralmente gli scienziati. Da un lato, infatti, la variazione di dieci minuti indicherebbe che la regione che emette i fotoni gamma abbia dimensioni molto ridotte e che quindi fosse presumibilmente molto prossima al “motore” centrale del quasar, dove la materia “spiraleggia” e viene “ingoiata” da un buco nero supermassiccio. D’altro lato, però, questa regione dovrebbe essere estremamente opaca ai raggi gamma di energia così elevata e dovrebbe rilasciare principalmente raggi ultravioletti e X, perché i fotoni gamma, interagendo facilmente con la radiazione elettromagnetica di queste frequenze, scompaiono trasformandosi in coppie elettrone-positrone. Iniziano quindi i primi tentativi di dare una spiegazione plausibile a quello che deve essere successo a PKS 1222+216. L’interpretazione più immediata indicherebbe che, malgrado l’estrema piccolezza, la regione di produzione si trovi lontano dal motore centrale. Ma questa soluzione è semplice solo sulla carta perché costringe a ipotizzare l’esistenza di nuovi meccanismi che possano portare a un’emissione così intensa.
Forse, per trovare una descrizione convincente a queste osservazioni c’è bisogno di un deciso cambio di prospettiva. Proprio quello che propongono i ricercatori italiani Fabrizio Tavecchio (INAF, Osservatorio Astronomico di Brera), Marco Roncadelli (INFN, Pavia), Giorgio Galanti (Università dell’Insubria) e Giacomo Bonnoli (INAF, Osservatorio Astronomico di Brera) in un articolo appena pubblicato sulla rivista Physical Review D. Diverse teorie sviluppate per estendere il Modello Standard prevedono l’esistenza di particelle elementari ultraleggere, collettivamente note con l’acronimo ALP (Axion-Like Particle). Una caratteristica di queste ipotetiche particelle è che esse non interagiscano con alcuna particella nota tranne che con il fotone. Così un raggio gamma si trasformerebbe – in presenza di un campo magnetico – in una ALP e viceversa. Queste trasformazioni vengono chiamate “oscillazioni” fotone-ALP e potrebbero essere la chiave per risolvere l’enigma dell’emissione proveniente da PKS 1222+216. Un grande numero di raggi gamma potrebbe diventare ALP prima di subire l’assorbimento e quindi fuoriuscire “indenni” dalla regione centrale del quasar, per poi riconvertirsi in raggi gamma ed essere rivelati dai telescopi.
“È importante sottolineare che il nostro è uno scenario possibile e attraente ma non è l’unico”, commenta Fabrizio Tavecchio. “Sono state avanzate altre proposte: tutte, però, assumono che i raggi gamma siano emessi da regioni molto distanti dal buco nero e questo è molto difficile da riconciliare con il breve tempo di variabilità. L’osservatorio per raggi gamma CTA (Cherenkov Telescope Array), programmato per il prossimo decennio, permetterà di studiare con molta più profondità questo tipo di eventi, e quindi ci potrà aiutare a convalidare o rigettare il modello”.
La stessa fiducia sui nuovi esperimenti in programma la ripone anche Marco Roncadelli che sottolinea: “Un fatto intrigante è che il valore dell’oscillazione fotone-ALP in questo caso coincide con quello proposto da De Angelis e me per spiegare un’anomalia osservata anche nei blazar, e la conferma o la smentita della nostra proposta è alla portata sia di CTA che dell’esperimento ALP a DESY, il laboratorio di fisica delle particelle di Amburgo”.
Per saperne di più:
- Il comunicato stampa congiunto INAF-INFN
- L’articolo Evidence for an axion-like particle from PKS 1222+216? di Fabrizio Tavecchio, Marco Roncadelli,Giorgio Galanti, Giacomo Bonnoli pubblicato online sulla rivista Physical Review D