FERMI FA LUCE SULLE ANTICHE STELLE

Il dagherrotipo delle stelle

Grazie alla misura del tasso di sopravvivenza dei fotoni gamma prodotti da distanti galassie il telescopio Fermi riesce a fare luce sulla radiazione prodotta da antiche stelle. Lo studio su Science a firma di un italiano, Marco Ajello

Misurando il tasso di sopravvivenza dei fotoni gamma prodotti da distanti galassie nel lungo cammino che li porta  fino a noi, il telescopio Fermi riesce a fare luce sulla radiazione prodotta da antiche stelle.

I fotoni gamma di alta energia sono estremamente penetranti.  Non possono essere riflessi perché attraversano ogni tipo di specchi. Quasi nulla riesce a fermarli, a meno che non incontrino sul loro cammino altri fotoni di energia ben determinata (tale che la combinazione delle energie dei fotoni sia pari al doppio del quadrato della massa di un elettrone). In questo caso,  l’incontro dei due fotoni  li distrugge entrambi e crea una coppia di particella-antiparticella, un elettrone e un positrone.  L’energia dei fotoni viene trasformata nella massa della coppia di particelle.  Mentre l’energia totale, prima e dopo la trasformazione, viene ovviamente conservata , questo effetto (che si chiama assorbimento fotone-fotone) fa diminuire il numero dei fotoni gamma che arrivano ai nostri strumenti.  L’assorbimento diventa tanto più importante quanto maggiore è la distanza da attraversare, quindi, sorgenti più distanti saranno più assorbite di sorgenti vicine. In ogni caso, l’entità dell’assorbimento sarà proporzionale al numero di fotoni della giusta energia  incontrati sul cammino dal nostro fotone gamma.  La fisica ci dice che i fotoni gamma rivelati dal telescopio Fermi vengono distrutti da incontri con fotoni ottici e ultravioletti.

Se nello spazio intergalattico ci sono pochi fotoni killer, anche l’assorbimento sarà modesto. Uno spazio pieno di fotoni, invece, provocherà un assorbimento più marcato.  Questo metodo, quindi, permette di stimare, anche se in modo indiretto, la densità di fotoni ottici e ultravioletti, quelli prodotti dalle stelle che si sono succedute in diverse generazioni dall’inizio dell’Universo e che gli astronomi fanno molta fatica a misurare direttamente.

Non che misurare l’effetto in gamma sia propriamente una passeggiata. L’assorbimento fotone fotone, ossia lo smangiamento dello spettro, non è misurabile sul singolo oggetto celeste. È necessario selezionare dozzine di sorgenti gamma, avendo cura di scegliere oggetti celesti dello stesso tipo (quindi con uno spettro intrinsecamente simile) dividendoli poi  per classi di distanza, e cercare di impilare gli spettri in modo da sommare l’effetto e renderlo apprezzabile. Per fortuna Fermi ha rivelato più di 1000 sorgenti extragalattiche, quindi non è stato difficile trovare 150 galassie attive dello stesso tipo ma sparse su distanze cosmiche molto diverse da utilizzare per fare il test.

Anima di questo lavoro, che esce oggi su Science Express, è Marco Ajello, un giovane ricercatore che dopo due lauree in Italia, ha fatto un dottorato in Germania ed ora lavora in USA tra le Università di  Berkeley e Stanford.  La procedura di “impilamento” degli spettri ha funzionato e , mentre gli oggetti vicini mostrano un assorbimento modesto, quelli più lontani sono decisamente più assorbiti.

A mio parere il risultato più interessante del lavoro è che la densità dei fotoni killer è risultata essere intorno ai valori minimi che si erano ipotizzati fino ad ora. Un’osservazione che può essere utilizzata per mettere dei limiti al numero di stelle che si sono formate all’inizio dell’Universo, stelle che i nostri strumenti non sono ancora in grado di rivelare direttamente. Per il momento ci dobbiamo accontentare di avere una immagine in negativo.

httpvh://youtu.be/h0Jb6nLGZuM