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Un’alleanza cosmica per creare un ‘buco-nero-scopio’

Gli osservatori spaziali Integral, Fermi e Swift hanno unito le proprie forze per sfruttare il potere d’ingrandimento creato da una lente cosmica con l’obiettivo di esplorare un buco nero supermassiccio che risiede nel nucleo di una galassia attiva denominato PKS 1830-211. I risultati di questo studio sono pubblicati su Nature Physics. Continua a leggere Un’alleanza cosmica per creare un ‘buco-nero-scopio’

3C 279, che fantastico flare!

Cinque miliardi di anni fa, si ebbe un brillamento in una regione dello spazio in prossimità del buco nero che risiede nel nucleo del quasar 3C 279. Lo scorso 14 Giugno, l’impulso della radiazione di alta energia, o flare, prodotto da questo evento è arrivato finalmente a Terra mettendo in moto i rivelatori a bordo del telescopio spaziale per raggi gamma Fermi e di altri satelliti. Gli astronomi di vari osservatori sparsi sul globo hanno subito puntato gli strumenti verso la sorgente per osservare questo brillamento da record, sia pur di breve durata, in grande dettaglio. Continua a leggere 3C 279, che fantastico flare!

V404 Cygni, il buco nero si risveglia dopo 26 anni

Illustrazione del sistema stellare binario V404 Cygni. Il buco nero cattura la materia dalla stella compagna. Il materiale cade verso il buco nero e si accumula nel disco di accrescimento dove viene riscaldata fino a raggiungere temperature elevate emettendo radiazione nell’ottico, nell’UV e in banda X prima di essere risucchiata dal buco nero. Parte del materiale del disco non va a finire nel buco nero ma viene espulso nello spazio formando due getti relativistici. Credit: ESA/ATG medialab

Nel corso delle scorse settimane, il satellite dell’ESA Integral ha osservato un outburst eccezionale (cioè una emissione violenta di alta energia) prodotto da un buco nero stellare che sta catturando la materia dalla sua stella compagna. Continua a leggere V404 Cygni, il buco nero si risveglia dopo 26 anni

Eccesso di raggi-gamma da Reticulum 2: indizi di materia scura?

La scoperta di una nuova galassia nana che orbita attorno alla Via Lattea rappresenta una vera e propria sorpresa in quanto appare emettere raggi-gamma. L’esatta sorgente di questa radiazione di alta energia è ancora incerta ma potrebbe essere, secondo gli autori dello studio, apparso su Physical Review Letters, un segnale legato alla presenza di materia scura che si cela nel nucleo della galassia, in quanto non c’è alcuna ragione del fatto che questo oggetto debba emettere raggi-gamma così energetici.  Continua a leggere Eccesso di raggi-gamma da Reticulum 2: indizi di materia scura?

Come svelare i segreti della materia scura

Un segnale osservato sotto forma di raggi gamma è stato rivelato di recente dal centro della Via Lattea dietro il quale, forse, si potrebbe celare la scoperta che stiamo aspettando da tanto tempo (post1; post2; post3; post4). Continua a leggere Come svelare i segreti della materia scura

Il mistero delle ‘Fermi bubbles’ si infittisce

Gli scienziati del Dipartimento di Energia dell’acceleratore nazionale SLAC di Stanford hanno analizzato i dati relativi a più di quattro anni di osservazioni condotte dal telescopio spaziale Fermi, assieme a quelli di altri esperimenti, al fine di creare un quadro il più dettagliato possibile delle due strutture a forma di “bolle” che si estendono per decine di migliaia di anni-luce dal centro della Via Lattea (post). Le cosiddette “Fermi bubbles“, che sono estremamente brillanti nei raggi-gamma, furono scoperte quattro anni fa da un gruppo di ricercatori di Harvard guidati da Douglas Finkbeiner dopo aver analizzato i dati dello strumento Large Area Telescope (LAT).

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Raggi gamma dal nucleo delle galassie attive

Tra le varie classi di nuclei galattici attivi, i blazar rappresentano gli oggetti più estremi. Una delle caratteristiche che contraddistingue questa particolare famiglia di galassie attive è data dalla presenza di getti di materia, allineati quasi lungo la linea di vista, che emergono dal nucleo centrale e che sono spesso accompagnati da una forte emissione di raggi-gamma. Oggi, un gruppo internazionale di ricercatori guidati da Lars Fuhrmann del Bonn’s Max Planck Institute for Radio Astronomy hanno pubblicato un articolo in cui viene confermato per la prima volta il collegamento tra le emissioni di alta energia e le controparti radio osservate a varie frequenze. Questi risultati suggeriscono che i raggi-gamma provengono da quelle regioni presenti nelle immediate vicinanze del buco nero supermassiccio che si cela nei nuclei dei blazar.

 MPI: Gamma rays from the core of active galaxies

arXiv: Detection of significant cm to sub-mm band radio and gamma-ray correlated variability in Fermi bright blazars

Forti indizi di materia scura ‘leggera’ nel centro galattico

C’è una strana ‘emissione’ nel centro galattico ed esistono forti evidenze che si tratti di materia scura ‘leggera’ che sta per esaurirsi. Allo stesso tempo, alcuni rivelatori sotterranei ultra sensibili stanno cercando degli indizi sull’esistenza di particelle simili. La maggior parte dei teorici ritiene che le WIMPs siano le particelle più probabili che compongono la materia scura e che annichilando, quando collidono, producono una pioggia di radiazione di alta energia. Il telescopio spaziale Fermi sta scandagliando il cielo per rivelare la presenza di eccessi anomali di raggi-gamma che provengono dal centro della Via Lattea e dove ci aspettiamo che sia maggiormente concentrata la materia scura. L’anno scorso, gli scienziati esclusero un segnale attorno a 130 GeV come risultato della collisione di particelle di materia scura. Tuttavia, ne esiste un altro rivelato nel 2010, sempre da Fermi, per cui si calcola un limite alla massa delle particelle candidate attorno a 10 GeV (post).

Quel segnale è stato in parte dibattuto perchè è stato osservato molto vicino al nucleo della nostra galassia, una regione densa di gas ad alta temperatura dove avvengono fenomeni violenti, come la nascita di nuove stelle ed esplosioni stellari in prossimità del buco nero supermassiccio. Inoltre, una possibile spiegazione è stata quella di considerare le pulsar, cioè stelle di neutroni in rapida rotazione, come sorgenti di alta energia. Ora, però, i nuovi dati di Fermi permettono di avere una maggiore chiarezza per affermare che il segnale sia davvero il risultato della presenza di materia scura. Il gruppo di Dan Hooper e Tracy Slatyer dell’Institute for Advanced Study in Princeton hanno trovato che il segnale è talmente distante dal nucleo galattico che risulta improbabile il fatto che i raggi gamma siano prodotti nel caos di quelle regioni. In un altro articolo, Hooper e Slatyer affermano che le pulsar non sono gli oggetti più adatti per spiegare l’emissione di alta energia. Infatti, nessuna delle 37 pulsar di cui è stato analizzato lo spettro producono un segnale equivalente a 10 GeV e nemmeno il loro numero è sufficiente per generare l’eccesso di radiazione misurato. I rivelatori di particelle sotterranei mostrano alcuni indizi sul fatto che sia possibile generare un segnale di 10 GeV. Questi esperimenti hanno lo scopo di misurare la luce ed il calore che vengono emessi quando le particelle di materia scura collidono con i nuclei degli atomi, come il germanio ed il silicio, del rivelatore (post). Alcuni esperimenti, come XENON-10 e XENON-100, escludono un segnale di 10 GeV, anche se alcuni scienziati suggeriscono che questi risultati devono essere rivisti e aggiustati. C’è poi chi ritiene che l’eccesso di raggi-gamma possa provenire da qualche altra regione del cielo, per esempio dalle galassie nane che possiedono una grande quantità di materia scura e non stelle di grande massa, ma ciò renderebbe l’interpretazione stessa dell’esistenza di materia scura un paradigma piuttosto che una curiosità. Dunque, se riuscissimo ad eliminare in qualche modo il cuore della Via Lattea, allora sarebbe molto più facile individuare i raggi-gamma dal processo di annichilazione delle particelle di materia scura. Fermi, e altri telescopi, stanno eseguendo lunghe campagne osservative di galassie nane e poichè sono molto deboli si tratta di un processo che può richiedere diversi anni prima che i dati di queste misure siano disponibili. Oggi, esiste qualche dubbio in merito alla rivelazione diretta perchè le particelle di materia scura che hanno una massa di 10 GeV si trovano all’estremità dell’intervallo di misure che il rivelatore CDMS-II è in grado di osservare. Ciò implica che i tre eventi che sono stati annunciati di recente possano essere puramente rumore. La conferma potrebbe arrivare in maniera indipendente tra qualche mese quando saranno disponibili i primi risultati dell’esperimento LUX (post), che è una versione più grande del rivelatore XENON. LUX è talmente sensibile che se ci sarà qualche particella con una massa compresa nell’intervallo 8-10 GeV allora essa sarà quasi sicuramente osservata, almeno così si spera.

arXiv: Two Emission Mechanisms in the Fermi Bubbles: A Possible Signal of Annihilating Dark Matter
arXiv: Pulsars Cannot Account for the Inner Galaxy's GeV Excess
arXiv: The unbearable lightness of being: CDMS versus XENON
arXiv: Connecting Direct Dark Matter Detection Experiments to Cosmologically Motivated Halo Models

Le strutture galattiche osservate da Fermi potrebbero essere spiegate dalla presenza di materia scura

Gli astrofisici Dan Hooper, del Fermi National Accelerator Laboratory, e Tracy Slatyer, della Princeton University, hanno pubblicato un articolo in cui viene suggerito che i due giganteschi flussi di particelle cariche provenienti dal centro della Via Lattea potrebbero essere in parte dovuti alle collisioni che avvengono tra le particelle di materia scura come risultato della loro annichilazione (post1; post2).

La materia scura è quella componente misteriosa invisibile che rappresenta quasi l’84% di tutta la materia che esiste nell’Universo. Nessuno sa quale sia la sua origine o natura anche se essa esercita i suoi effetti di tipo gravitazionale sulla materia ordinaria. I due ricercatori ritengono che i due flussi di particelle cariche che si dipartono dal centro galattico in direzioni opposte rispetto al piano del disco potrebbero essere attribuiti alle collisioni che avvengono tra le particelle di materia scura determinando la loro annichilazione e la conseguente creazione dei mattoni fondamentali della materia ordinaria attraverso l’emissione di particelle cariche. Note con il termine Fermi bubbles, si tratta di flussi di raggi-gamma che viaggiano a quasi un milione di metri/sec e formano due strutture a forma di lobi nella parte settentrionale e meridionale rispetto al piano del disco galattico. Inoltre, si ritiene che parte di questi raggi-gamma siano associati alla presenza del buco nero supermassiccio che risiede nel nucleo della Via Lattea. Allo stesso modo, parte dei raggi-gamma sono dovuti al materiale che viene spazzato quando si formano le supernovae. Ma presi insieme, le sorgenti che sono state identificate non sono sufficienti a giustificare il flusso osservato. Secondo i due ricercatori, ciò è dovuto al fatto che parte dei raggi-gamma sono dovuti alle particelle che costituiscono la materia scura e che si muovono le une contro le altre interagendo durante il processo. In questo modo, l’interazione dà luogo alla produzione di leptoni del tipo tau (tauoni) e all’emissione di raggi-gamma. Questo modello darebbe perciò credito all’esistenza della materia scura.

ABC Science: Monster bubbles evidence of dark matter?

arXiv: Two Emission Mechanisms in the Fermi Bubbles: A Possible Signal of Annihilating Dark Matter

Materia scura, siamo vicini alla soluzione del mistero?

Ormai sono diversi anni che gli scienziati stanno tentando di risolvere un enigma astrofisico che riguarda una delle due componenti che dominano il contenuto materia-energia dell’Universo. Nonostante ciò, oggi gli studiosi ritengono che grazie all’utilizzo di strumenti sofisticati e del costo di diversi miliardi di dollari si è sempre più vicini alla soluzione del mistero e i primi indizi potrebbero addirittura essere svelati tra qualche settimana.

“Siamo molto eccitati perché crediamo di essere sulla soglia di una grande scoperta”, dichiara Michael Turner direttore del Kavli Institute for Cosmological Physics presso l’University of Chicago. L’enigma della materia scura destabilizza, per così dire, il Modello Standard (video), il quadro teorico che meglio descrive le proprietà ed il comportamento delle particelle elementari e delle interazioni fondamentali, anche se non tiene conto della gravità. Nonostante ciò, il Modello Standard spiega appena il 4-5% della materia presente nell’Universo. Come già sappiamo, tutto il resto è costituito di materia scura, che ammonta al 23% circa del contenuto materia-energia, e di energia scura che rappresenta la componente dominante con un valore pari a circa il 73% del contenuto materia-energia e che si ritiene sia la causa dell’espansione accelerata dell’Universo. “Dal punto di vista cosmologico, sappiamo che l’enigmatica materia scura è lo ‘scheletro’ delle galassie e di tutte le strutture cosmiche. Inoltre, crediamo che essa sia composta di qualcosa di nuovo che ci sfugge e nessuna delle particelle del Modello Standard è in grado di spiegarla”. Secondo alcuni teorici, la materia scura sarebbe costituita da particelle esotiche, denominate WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles) che, come dice il loro nome, sono particelle massicce che interagiscono debolmente con la materia ordinaria. Ma questa è solo una parte del quadro teorico. “La vera domanda è perché la materia scura possiede circa sei volte più energia rispetto a quella della materia ordinaria” dice Lisa Randall della Harvard University. “Potrebbe essere 10 triliardi di volte più grande. Si tratta di un segnale molto interessante che implica che ci deve essere un qualche tipo di interazione che potremmo, forse, rivelare”. Per studiare queste ‘particelle fantasma’ i fisici hanno messo recentemente in orbita uno strumento a bordo della Stazione Spaziale Internazionale: si chiama AMS, che sta per Alpha Magnetic Spectrometer, e ha lo scopo di catturare i raggi-gamma che si liberano in seguito alle collisioni a cui sono soggette le particelle della materia scura. Secondo lo scienziato Samuel Ting del MIT, Premio Nobel per la Fisica nel 1976 e a capo del progetto costato due miliardi di dollari, i primi dati saranno pubblicati tra due o tre settimane. Ting è convinto che i primi risultati, sebbene preliminari, ci daranno una idea migliore di ciò che è effettivamente la materia scura. Un altro strumento utilizzato dagli scienziati è IceCube, South Pole Neutrino Observatory, un rivelatore di particelle che ha lo scopo di seguire le tracce lasciate dai neutrini che, in teoria, vengono prodotti quando la materia scura passa attraverso il Sole e interagisce con i protoni. Infine, LHC dovrebbe essere l’arma migliore per svelare la vera natura della materia scura che rappresenta uno dei più importanti obiettivi scientifici che ha portato alla costruzione del più imponente e potente acceleratore di particelle.

AstronomicaMens: Materia scura, siamo sulla ‘soglia’ di una scoperta?

Maggiori approfondimenti: Enigmi Astrofisici