È passato un po’ di tempo da settembre scorso e, quindi, c’è bisogno di un piccolo aggiornamento. Come avevo annunciato, mi sono laureato in Fisica e sto ora proseguendo il mio percorso, sempre a Padova, con la laurea magistrale (gli ultimi due anni).
Lo so, lo so già cosa pensate! Non potevi trovare un titolo più corto di “Studio dello spettro VHE della sorgente PKS 1424+240 ed implicazioni sulla propagazione dei raggi gamma da distanze cosmologiche”?! A dire il vero non ci ho neanche pensato; si vede che ero troppo assorto a fare i grafici. L’immagine è un collegamento al pdf originale, se volete darci un occhiata.
In sostanza, ho studiato una lontanissima galassia; tanto lontana, che la sua luce ha impiegato 6 miliardi di anni per giungere fin qui da noi (e ciò significa, a pensarci bene, che quando è partita non esisteva neppure il Sole). Questa galassia irradia due getti di particelle a velocità prossime a quella della luce dalle sue regioni centrali, dove dovrebbe esserci un grosso buco nero. In questi getti sono presenti anche dei fotoni ad alta energia (raggi X) che, a forza di essere colpiti dalle particelle energetiche, acquistano energia, un po’ come se fossero delle biglie (si chiama “effetto Compton Inverso”). Ne ricevono così tanta che entrano nella regione gamma dello spettro elettromagnetico, la porzione più energetica e penetrante.
Questi getti (e la luce che è in essi) hanno una direzione molto ben collimata; il fatto è che nel caso di PKS 1424+240 essa punta casualmente proprio in direzione della Terra! Niente paura, non c’è pericolo di essere abbrustoliti dalle radiazioni gamma, di oggetti simili ne esistono centinaia e vengono chiamati “blazar”. Giunge sul nostro pianeta una quantità minima di radiazione che, anche se molto energetica, viene assorbita dall’atmosfera.
Infatti quando questi fotoni si ritrovano nelle vicinanze di una molecola d’aria e ne vengono perturbati, la loro energia è tale che si generano delle particelle di materia (elettroni e positroni) a scapito della quantità di moto del fotone (c’è un vecchio post qui, scritto prima che entrassi all’Università, che parla di come ciò accada). Queste particelle sono a loro volta ancora molto energetiche e così ne generano altre e altre ancora, in un processo a cascata. Arriva il bello: molti di questi elettroni si muovono a velocità prossime a quelle della luce nel vuoto c, che, finora, si è sempre dimostrato essere un limite insuperabile. La velocità della luce nell’aria, però, è più piccola della velocità della luce nel vuoto, in ragione di un fattore che si chiama “indice di rifrazione”. Nella vita comune, proprio la differenza tra gli indici di rifrazione dell’aria e di altri materiali consente alle lenti di ingrandimento di funzionare, ai prismi di scomporre la luce, alle gocce d’acqua di generare arcobaleni. La velocità della luce in un mezzo materiale non ha nulla di speciale rispetto alle altre velocità possibili e può benissimo essere superata.
Il fenomeno che si presenta è simile al boato che producono gli aerei supersonici. In questo caso quello che si vede è un bagliore di luce azzurra, la luce Čerenkov (e il fenomeno il atto si chiama, con molta arguzia, “Effetto Čerenkov”). È osservando questi baleni azzurri nel cielo notturno con telescopi enormi che si riesce a capire da dove è arrivato il raggio gamma iniziale e che energia aveva. Ho usato i dati finali dei due telescopi Čerenkov MAGIC (https://magic.mpp.mpg.de/) per determinare il flusso di energia di questa lontana galassia. I telescopi sono sulle isole Canarie a più di 2000 metri di quota. Eccone una foto suggestiva:
Ma non è ancora finita! C’è persino una parte poetica! Durante il loro tragitto fino alla Terra, i fotoni più energetici di una certa soglia, che di solito viaggiano indisturbati poiché sono molto penetranti, vengono assorbiti per la gran parte. Ciò avviene perché durante il percorso producono delle coppie di elettroni e positroni “scontrandosi” con delle altre particelle; queste ultime sono in realtà altri fotoni, per strano che possa sembrare (riuscite a figurarvi un raggio di luce che si scontra con un altro e casca per terra?). Questi secondi fotoni fanno parte di un fondo di luce che è diffuso in tutto l’Universo ed è composto, in ultima analisi, da tutta la luce emessa da tutte le stelle che sono esistite ed esistono in tutto l’Universo, fin da quando si sono formate. Immaginate questa luce, che da milioni di millenni viaggia e si espande nel vasto e splendente nulla: luce di stelle lontane, riflessa chissà quante volte su pianeti di tutti i tipi, come la luce del sole sulle onde del mare o sulle cime eterne delle montagne. Luce di cieli di tutti i colori, assorbita da vaste nubi e riemessa poi nel campo infrarosso.
Il tepore di questa luce è invero piuttosto gelido, visto che, contando anche il contributo (dominante) della radiazione di fondo di micro-onde, la sua temperatura è di circa 270 °C sotto zero. Pazienza, non si può aver tutto.
Tornando ai raggi gamma, che durante questa divagazione personale si sono un po’ annoiati, per riuscire a capire qual era il loro flusso in origine, cioè prima che venissero assorbiti dal fondo di luce extragalattica, si deve calcolare quanto questo fenomeno conti alle varie energie e cercare di estrapolare l’intensità iniziale.
La sorpresa è tutta qui: la sorgente che ho analizzato, PKS 1424+240, assieme ad un’altra simile, 1ES 0414+009, sembrano avere un emissione di energia che si mantiene piuttosto alta e non dà segno di calare anche per energie altissime (dell’ordine del TeV, per chi sa cosa significa), al contrario di quello che succede con altri oggetti simili. Questo può significare che sono particolari, come propongo nella conclusione della tesi, oppure che da qualche parte nel ragionamento c’è uno sbaglio: la radiazione gamma potrebbe interagire in modi che non conosciamo, oppure il fondo di luce extragalattica potrebbe avere (o avere avuto nel passato) proprietà diverse da quelle che si pensavano sin’ora. Solo portando avanti la ricerca si potrà scoprire quale possibilità è quella giusta.
Se volete altre informazioni, potete certamente leggere la tesi! La parte introduttiva sui concetti generali non è molto difficile. Se volete invece delle informazioni più dettagliate sui telescopi Čerenkov, il già citato sito di MAGIC ne è pieno. Naturalmente durante tutto il lavoro sono stato seguito da degli ottimi relatori: sono il prof. Mosè Mariotti, la dott.ssa Elisa Prandini e la dott.ssa Cornelia Schultz. Il loro contributo è stato più che essenziale per lo svolgimento del lavoro e debbo ringraziarli molto.
Dunque, dovrei pubblicare ancora un po’ di cose, ma sono in mezzo alla sessione d’esami. Dovrebbero arrivare presto alcune astrofotografie che ho scattato nei mesi scorsi (vi piacciono i nuovi colori dell’intestazione?). Spero di poterlo fare a breve!
