Illustrazione artistica di una pulsar che emette raggi gamma con energie dell’ordine delle decine di tera-elettrovolt. Crediti: Per il Deutsches Elektronen-Synchrotron (Desy), Science Communication Lab
È la radiazione più energetica dello spettro elettromagnetico, la stessa che nel film della Marvel ha portato lo scienziato Bruce Banner a trasformarsi in Hulk. Stiamo parlando dei raggi gamma. Proprio questa radiazione è l’oggetto di una pubblicazione apparsa di recente sulle pagine di Nature Astronomy, che annuncia la rilevazione della luce gamma a più alta energia mai emessa da una pulsar: 20 tera-elettronvolt, ovvero ventimila miliardi di volte l’energia dei fotoni di luce che riescono a vedere i nostri occhi.
Le pulsar sono stelle di neutroni, resti di stelle massicce esplose attraverso spettacolari esplosioni di supernova. Sono gli astri più piccoli, magnetizzati e densi dell’universo. «Queste stelle morte sono quasi interamente costituite da neutroni e sono incredibilmente dense: un cucchiaino del loro materiale ha una massa di oltre cinque miliardi di tonnellate, ovvero circa 900 volte la massa della Grande Piramide di Giza» spiega Oña Wilhelmi, scienziata del Deutsches Elektronen-Synchrotron (Desy) e coautrice della pubblicazione.
Ma non solo: sono anche le stelle a più rapida rotazione che si conoscano. A differenza di altre stelle di neutroni, le pulsar ruotano infatti a velocità vertiginose – fino a 700 volte al secondo – emettendo dai loro poli magnetici radiazione in tutto lo spettro elettromagnetico. Radiazione pulsata, è così che gli addetti ai lavori chiamano questi flash di luce osservabili a intervalli di tempo regolari. Secondo gli scienziati, la fonte di questa radiazione sono gli elettroni del plasma della magnetosfera di queste “trottole cosmiche”. Il processo che la produce è l’accelerazione degli elettroni lungo il loro cammino dalla magnetosfera verso la periferia delle pulsar.
«La magnetosfera delle pulsar è costituita da plasma e campi elettromagnetici che circondano e co-ruotano con la stella» dice a questo proposito Bronisław Rudak, professore di fisica al Dipartimento di Astrofisica del Centro Astronomico Nicolaus Copernicus (Camk Pan), in Polonia, anch’egli tra i firmatari dello studio. «Durante il loro viaggio verso l’esterno, gli elettroni acquisiscono energia e la rilasciano sotto forma di fasci di radiazioni».
Una tra le pulsar più studiate dagli astronomi è la pulsar della Vela. Situata nella omonima costellazione, la pulsar della Vela è la stella di neutroni rotante più luminosa nella banda radio dello spettro elettromagnetico e la sorgente persistente più brillante di raggi gamma.
Utilizzando Hess, uno dei principali osservatori per la rilevazione di raggi gamma ad altissima energia con un sistema di cinque telescopi atmosferici Cherenkov situati in Namibia, il team di astronomi, che include tra gli altri Roberta Zanin, associata Inaf e Project Scientist di Ctao – uno dei futuri osservatori per lo studio dei raggi gamma ad altissima energia – in questa sorgente ha rilevato una nuova componente di radiazione gamma. Detto in altri termini, hanno catturato fotoni di luce gamma con energie mai registrate prima d’ora, fino a decine di tera-elettronvolt.
«Si tratta di una radiazione che è circa 200 volte più energetica di tutta la radiazione rilevata fino ad ora da questo oggetto celeste», spiega Christo Venter, ricercatore della North-West University (Nwu), in Sud Africa, tra gli autori dello studio.
Arache Djannati-Atai, astrofisico all’Astroparticle & Cosmology laboratory (Apc), in Francia, anche lui nel team che ha guidato la ricerca, aggiunge: «Questo risultato mette alla prova la nostra precedente conoscenza delle pulsar e richiede un ripensamento del modo in cui funzionano questi acceleratori naturali». Secondo i ricercatori, infatti, lo schema tradizionale secondo il quale le particelle vengono accelerate lungo le linee del campo magnetico all’interno o poco fuori la magnetosfera delle pulsar non spiegherebbe l’emissione di radiazione così energetica. E non la spiegherebbe neppure la cosiddetta “riconnessione magnetica oltre il cilindro di luce”, un altro meccanismo di accelerazione di particelle che produce raggi gamma.
Qualunque sia la spiegazione, quel che è certo è che la pulsar della Vela ora detiene ufficialmente un nuovo record, concludono i ricercatori: è la pulsar i cui raggi gamma emessi sono i più energetici scoperti fino ad oggi. «Questa scoperta apre una nuova finestra di osservazione per il rilevamento di altre pulsar in grado di emettere radiazione gamma con un’energia dell’ordine delle decine di tera-elettronvolt con gli attuali telescopi per astronomia gamma, ma anche con i futuri osservatori per astronomia delle altissime energie, aprendo così la strada a una migliore comprensione dei processi di accelerazione di particelle in oggetti astrofisici altamente magnetizzati che generano i raggi gamma».
Per saperne di più:
- Leggi su Nature Astronomy l’articolo “Discovery of a radiation component from the Vela pulsar reaching 20 teraelectronvolts” di The H.E.S.S. Collaboration et al., R. Zanin, M. Kerr, S. Johnston, R. M. Shannon & D. A. Smith
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