ALTE ENERGIE

Fermi dà ragione a Fermi

L’ipotesi del grande fisico italiano sui meccanismi di accelerazione dei raggi cosmici trova conferma nelle osservazioni del satellite che la Nasa ha dedicato proprio allo scienziato della scuola di via Panisperna

Cas A multiwavelength view. Crediti: NASA/DOE/Fermi LAT Collaboration

Enrico Fermi aveva ragione quando sessant’anni fa per primo propose un meccanismo in grado di spiegare le enormi energie raggiunte dai raggi cosmici che permeano la nostra Galassia. Lo confermano le recenti osservazioni della missione per lo studio dei raggi gamma che la NASA ha dedicato proprio al famoso scienziato italiano. Il satellite Fermi, infatti, al quale l’Italia collabora con l’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), l’Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) e l’Agenzia Spaziale Italiana (ASI), ha trovato la prova conclusiva che le cose stanno effettivamente come era stato ipotizzato dal grande fisico.

I raggi cosmici sono particelle cariche di altissima energia che raggiungono il nostro pianeta attraversandoci come una continua pioggerellina battente. Secondo l’ipotesi di Fermi, i raggi cosmici vengono accelerati in dense nubi di gas magnetizzato in movimento. Per molti anni questo “meccanismo di Fermi” con le sue varianti è rimasto l’unico praticabile e proprio per la sua importanza la Nasa ha deciso di dare il nome di Fermi al grande osservatorio spaziale per l’astronomia gamma lanciato nel giugno 2008. Negli ultimi 50 anni gli astrofisici hanno individuato nei resti delle supernove i siti cosmici più adatti a creare le condizioni previste da Fermi. E oggi il Large Area Telescope (LAT), il rivelatore per raggi gamma di alta energia collocato a bordo del satellite Fermi, ha infatti osservato in vari resti di supernova un’intensa emissione gamma correlata con gli strati di materia espulsa nell’esplosione e con la presenza di dense nubi di gas interstellare.

Un resto di supernova è la struttura risultante dalla gigantesca esplosione con cui termina la propria vita una stella di grande massa quando ha esaurito il combustibile nucleare, che “bruciando” ne sorregge l’enorme massa gravitazionale. Il meccanismo svelato dal satellite Fermi è semplice e chiaro: i protoni, che costituiscono la maggior parte dei raggi cosmici sono inizialmente accelerati nelle collisioni fra gli strati di materia espulsa nell’esplosione di supernova ed emettono raggi gamma di altissima energia quando interagiscono con i nuclei atomici del gas interstellare. Le osservazioni di Fermi hanno mostrato evidenza di questo meccanismo in ben quattro resti di supernove di varie età (da estremamente giovani, cioè di poche centinaia di anni, ad altre risalenti a migliaia di anni fa). A più di sessant’anni di distanza, quindi, l’ipotesi di Enrico Fermi trova una conferma sperimentale.

Secondo Ronaldo Bellazzini, responsabile del progetto Fermi per l’INFN “le nuove osservazioni raggiungono uno degli obiettivi fondamentali della missione e mostrano quanto sia ampio il suo contributo alla nostra comprensione dell’Universo. È un nuovo grande risultato di questo strumento realizzato con un ruolo decisivo della componente italiana”.

“Anche se non si vedono, i raggi cosmici sono importanti come la luce delle stelle nello spazio che ci circonda” commenta Patrizia Caraveo, responsabile per INAF dello sfruttamento scientifico dei dati Fermi. “Aver capito dove i protoni vengono accelerati a velocità prossime a quelle della luce è un risultato importante. In più, adesso abbiamo una conferma indipendente dalla missione tutta italiana Agile (ASI, INAF, INFN). Enrico Fermi deve aver esclamato “finalmente! l’avevo detto io…””.

[flv:http://www.media.inaf.it/video/flv/animazioni/fermi-10567.flv 400 300] Produzione di raggi gamma dai raggi cosmiciNel caso più semplice e più comune, un raggio cosmico (costituito da un protone) colpisce un altro protone. I protoni sopravvivono alla collisione, ma dalla loro interazione si genera una particella instabile, un pione, che ha appena il 14% della massa di un protone. In 10 milionesimi di miliardesimo di secondo, il pione decade in una coppia di fotoni gamma. Se i protoni che costituiscono i raggi cosmici colpiscono nuclei contenenti un numero di particelle maggiore, avvengono invece interazioni più complesse.

Animazione disponibile in numerosi formati sul sito Nasa. Crediti: NASA

[flv:http://www.media.inaf.it/video/flv/animazioni/fermi-10566.flv 400 300] Fermi esplora i resti delle supernovaeFermi/LAT (Large Area Telescope) ha rilevato raggi gamma di energia nell’ordine dei GeV da resti di supernovae di epoche diverse. W51C, W44 e IC 443 sono resti di supernovae di età media, fra i 4000 e i 30000 anni. Cassiopeia A, che ha appena 330 anni, appare come una sorgente puntiforme. Queste immagini hanno permesso agli astronomi di compiere un ulteriore passo verso la comprensione della sorgente di alcune fra le particelle più energetiche dell’Universo: i raggi cosmici.

Animazione disponibile in numerosi formati sul sito Nasa. Crediti: NASA/DOE/Fermi LAT Collaboration.