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Una ‘nebbia cosmica’ prodotta dall’antica radiazione stellare

Grazie ad una serie di osservazioni condotte con il telescopio spaziale Fermi Gamma-ray Space Telescope, gli astronomi hanno realizzato una misura alquanto accurata della radiazione stellare di fondo in modo da determinare il contributo della luce dovuta a tutta le stelle presenti nell’Universo, uno degli obiettivi principali della missione.

“La luce ottica e ultravioletta proveniente dalle stelle continua a viaggiare nell’Universo anche quando le stelle terminano la loro fase evolutiva. Ciò crea una radiazione fossile che possiamo esplorare utilizzando i raggi-gamma delle sorgenti distanti” spiega Marco Ajello del Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology presso la Stanford University in California e dello Space Sciences Laboratory presso l’University of California a Berkeley. La radiazione stellare totale viene chiamata Extragalactic Background Light (EBL), o radiazione stellare di fondo, e nel dominio dei raggi-gamma appare come una sorta di ‘nebbia cosmica’. I ricercatori hanno analizzato i raggi-gamma di 150 blazar, cioè galassie attive che sono alimentate dall’attività di un buco nero supermassiccio, che hanno energie al di sopra di 3 miliardi di elettronVolt. I raggi-gamma prodotti nei getti relativistici dei blazar viaggiano per miliardi di anni-luce prima di arrivare a Terra. Durante il loro tragitto cosmico, essi passano attraverso una nebbia di luce visibile e ultravioletta emessa dalle stelle che si sono formate nel corso della storia dell’Universo.

Ogni tanto, un raggio-gamma interagisce con questa luce stellare e si trasforma in una coppia di particelle, cioè un elettrone e un positrone. Una volta che si creano le coppie di particelle-antiparticelle, i raggi-gamma si perdono e quindi questo processo di trasformazione attenua il segnale dei raggi-gamma allo stesso modo con cui la nebbia a cui siamo abituati affievolisce le luci cittadine. Ciò ha permesso di determinare l’attenuazione media dei raggi-gamma attraverso tre intervalli di distanza in un periodo compreso tra 9,6 miliardi di anni fa e oggi e quindi di risalire allo spessore della nebbia cosmica. Per tener conto dei dati osservati, si trova che la distanza media tra le stelle è di circa 4,150 anni-luce. Questi risultati, pubblicati su Science, aprono una nuova finestra sulla possibilità di porre limiti più stringenti alle epoche primordiali durante le quali si formavano le stelle e quindi preparare la missione del telescopio spaziale James Webb. Insomma, Fermi ci sta mostrando le ‘ombre’ delle prime stelle laddove James Webb le osserverà direttamente.

[Press release: NASA’s Fermi Measures Cosmic ‘Fog’ Produced by Ancient Starlight]


Raggi-gamma dal centro galattico: evidenza di materia scura?

L’emissione di alta energia proveniente dal centro della Via Lattea potrebbe essere consistente con l’intrigante possibilità che le particelle di materia scura stiano annichilando nello spazio producendo raggi-gamma.

E’ quanto emerge da uno studio condotto da Kevork Abazajian e da Manoj Kaplinghat del Dipartimento di Fisica e Astronomia dell’Università della California a Irvine i quali affermano che i risultati sono statisticamente significativi. Gli studiosi hanno analizzato una serie di dati raccolti tra il 2008 e il 2012 dal satellite Fermi Gamma-ray Space Telescope trovando un eccesso di raggi-gamma provenienti dal centro galattico rispetto a quanto previsto dai precedenti modelli. “E’ la prima volta che questa nuova sorgente di alta energia viene osservata non solo ma la forma del suo spettro di emissione sembra essere consistente con gli attuali modelli che prevedono la presenza di materia scura”  spiega Abazajian. “Le prossime osservazioni di regioni di spazio con una minore emissione di radiazione, come le galassie nane, ci permetteranno di determinare in maniera definitiva se abbiamo a che fare con la materia scura”. Nonostante l’interpretazione dei dati pare essere consistente con i modelli che si basano sulle WIMPs, cioè le particelle che sono maggiormente candidate per costituire la materia scura, i raggi-gamma potrebbero essere associati a fotoni energetici emessi dalle pulsar o ancora si potrebbe trattare di particelle energetiche che interagiscono con il gas intergalattico che si trova distribuito nelle regioni centrali della Via Lattea.

ArXiv: Detection of a Gamma-Ray Source in the Galactic Center Consistent with Extended Emission from Dark Matter Annihilation and Concentrated Astrophysical Emission

Le pulsar come orologi cosmici per la ricerca di onde gravitazionali

Come facciamo a rivelare le increspature nello spaziotempo? Avremmo bisogno di centinaia di orologi ad alta precisione distribuiti nella Galassia e per fare questo il telescopio per raggi-gamma Fermi ha permesso agli astronomi di trovarle con un metodo tutto nuovo. Gli orologi in questione sono in realtà le pulsar, stelle di neutroni ultradense, compatte e super veloci che hanno un periodo di rotazione dell’ordine dei millisecondi.

Grazie ai loro potenti campi magnetici, le pulsar emettono la radiazione lungo dei beamaltamente focalizzati che ricordano la luce emessa dai fari. Ad ogni rotazione della pulsar corrisponde un impulso di radiazione che risulta abbastanza stabile e viene utilizzano come “orologio standard”. Gli astronomi misurano le più piccole variazioni nel periodo delle pulsar che possono essere collegate ad una distorsione dello spaziotempo in prossimità della stella durante il passaggio di un’onda gravitazionale. Ma c’è un problema perché per ottenere una misura attendibile occorrono centinaia di millisecond pulsar e finora la loro ricerca è risultata alquanto complicata. “Attualmente si conoscono meno dell’un percento di millisecond pulsar nella Via Lattea” dice Scott Ransom del National Radio Astronomy Observatory (NRAO). Ma le osservazioni realizzate con il telescopio spaziale Fermi hanno decisamente cambiato il metodo di ricerca di questa particolare classe di stelle. Il telescopio Fermi ha di fatto identificato centinaia di sorgenti di raggi-gamma nella Via Lattea che sono principalmente associate aoggetti esotici e tra questi appunto le millisecond pulsar. Questo ha permesso ai radioastronomi di identificare 17 millisecond pulsar in tre mesi quando invece altri metodi richiedevano almeno 10-15 anni di osservazioni.

Dunque ad oggi gli astronomi hanno in mano un insieme sufficiente di “orologi cosmici” per mezzo dei quali la ricerca di onde gravitazionali comincia ad essere più convincente e, grazie al telescopio Fermi, la probabilità di rivelare eventuali ondulazioni del campo gravitazionale diventa sempre più importante.