Prime osservazioni in assoluto nei raggi gamma di una lente gravitazionale. Ad ottenerle il satellite della NASA, con forte partecipazione italiana, Fermi.
La lente gravitazionale è un fenomeno dovuto alla gravità imposta da un corpo massiccio che si pone tra l’osservatore e l’oggetto osservato. La conseguente curvatura dello spazio-tempo produce un effetto simile ad una lente e permette di amplificare la luce della fonte più lontana .
Un risultato importante che apre nuove strade alla ricerca, in particolare le osservazioni di regioni di emissioni vicine ai buchi neri supermassicci. Potrebbe anche essere possibile trovare altre lenti gravitazionali con i dati del telescopio spaziale Fermi .
“Abbiamo iniziato a valutare la possibilità di tale osservazione due anni dopo il lancio del satellite”, ha detto Teddy Cheung, astrofisico presso il Naval Research Laboratory in Washington .
Nel settembre 2012, il Large Area Telescope (LAT) di Fermi ha rilevato una serie di emissioni di raggi gamma da una fonte conosciuta come B0218 357, che si trova 4.350 milioni di anni luce dalla Terra in direzione della costellazione del Triangolo. Queste potenti emissioni, in un sistema di lente gravitazionale noto, rappresentano la chiave per conoscere la misura della lente.
Gli astronomi classificano B0218 357 come un blazar – un tipo di galassia attiva conosciuta per le intense emissioni e il comportamento imprevedibile. Nel cuore del blazar un buco nero supermassiccio, con una massa compresa tra alcuni milioni e alcuni miliardi di volte quella del Sole. Mentre la materia cade a spirale nel buco nero, vengono emessi, in ogni direzione, getti di particelle che viaggiano quasi alla velocità della luce.
L’estrema luminosità e la variabilità dei blazar dipendono dall’eventualità che uno di questi getti possa essere quasi direttamente in linea con la Terra.
Molto prima che la luce di B0218 +357 ci raggiunga, questa passa direttamente attraverso una galassia a spirale, molto simile alla nostra – a circa 4 miliardi di anni luce di distanza .
L’attrazione gravitazionale della galassia piega la luce nel suo percorso e così gli astronomi possono vedere sullo sfondo una doppia immagine del blazar.
Mentre i telescopi ottici e radio sono in grado di decodificare e monitorare le singole immagini blazar, LAT di Fermi non può. Al contempo però il team di Fermi ha sfruttato un effetto di “riproduzione ritardata”.
Il percorso della luce di una delle due immagini è infatti ritardato e quindi può essere colto il tempo intercorso tra la rivelazione del primo e del secondo segnale.
Nel settembre del 2012, quando l’attività dei getti emessi dal blazar lo ha reso la sorgente di raggi gamma più luminosa al di fuori della nostra galassia, Cheung ha capito di avere un’occasione d’oro. Per questo è stata concessa al LAT una settimana di osservazione dedicata a intercettare i getti “ritardatari”.
Curiosamente, nel caso specifico, il ritardo raggi gamma è di circa un giorno rispetto alle osservazioni radio. E inoltre mentre le emissioni e le loro riproduzioni mostrano la stessa luminosità nei raggi gamma, nelle lunghezze d’onda radio una sola immagine blazar è circa quattro volte più luminosa rispetto alle altre.
Gli astronomi non ritengono che i raggi gamma nascano dalle stesse regioni dove si generano le onde radio, e in questo modo le emissioni probabilmente prendono strade leggermente diverse, con conseguenti ritardi e amplificazioni, mentre viaggiano attraverso la lente.
“Nel corso di una giornata, uno di questi brillamenti possono rendere il blazar più luminoso di 10 volte in termini di raggi gamma, ma solo del 10 per cento nella luce visibile e radio. Il che porta a dure che che la regione che emette raggi gamma è molto più piccola rispetto a quella che emette emissioni a basse energie”, ha detto il membro del team Stefan Larsson, un astrofisico presso l’Università di Stoccolma.
Come risultato, la gravità delle piccole concentrazioni di materia nella galassia che funge da lente può deviare e amplificare i raggi gamma in maniera più significativa rispetto alla radiazione di minore energia. Distinguere questi cosiddetti effetti di microlensing rappresenta una sfida per ottenere ulteriore vantaggio per le osservazioni di lenti nelle alte energie.
Il confronto tra osservazioni nelle onde radio e nei raggi gamma in altri sistemi di lenti gravitazionali potrebbe contribuire a fornire nuove informazioni sul funzionamento dei potenti getti dei buchi neri e stabilire nuovi vincoli su importanti grandezze cosmologiche come la costante di Hubble, che descrive la velocità di espansione dell’universo.
Guarda il servizio video su INAF-TV con intervista a Marcello Giroletti, INAF-IRA: