OSSERVATI DAI SATELLITI AGILE E FERMI

Lampi gamma dalla Terra

I Terrestrial Gamma-ray Flash sono eventi brevissimi che avvengono nelle regioni più alte dell'atmosfera terrestre. Ed è grazie alla strumentazione di bordo degli osservatori spaziali per l'astrofisica delle alte energie Fermi e Agile che sono stati scoperti.

Mappa della distribuzione dei lampi gamma terrestri registrati dal Gamma Burst Monitor (GBM) dell'osservatorio spaziale Fermi della NASA.

Guardando i video della ISS, sono sempre stupita dall’incredibile numero di fulmini che vengono registrati. In effetti il conteggio globale  giornaliero dei fulmini si aggira su cifre dell’ordine dei milioni, divisi tra fulmini all’interno delle nuvole, fulmini dall’alto e fulmini dal basso.

Il metodo classico utilizzato per studiare i fulmini è attraverso la loro emissione radio a bassa frequenza. I campi elettrici che si sviluppano tra le nubi ed il suolo (oppure tra nube e nube) accelerano elettroni che perdono energia emettendo alle frequenze radio. L’Università dello stato di Washington (a Seattle) coordina la rete chiamata WWLLN (World Wide Lightning Location Network) che localizza tutti i fulmini che avvengono sulla terra con una accuratezza di meglio di 12 km.

Da tempo è noto che, nelle regioni equatoriali, dove l’attività temporalesca è particolarmente intensa, gli strumenti gamma in orbita registrano dei segnali estremamente brevi (pochi millisecondi).    Si chiamano TGF per Terrestrial Gamma Flashes e, come tutte le emissioni di fotoni di alta energia, vengono associati  a fenomeni di accelerazione di particelle sopra le nubi temporalesche.

Sia gli strumenti a bordo della missione Fermi sia quelli di Agile registrano questi segnali e cercano di correlarli con le informazioni radio per capire se emissione radio e gamma siano simultanee (quindi prodotte dagli stessi processi  negli stessi luoghi) e oppure se ci siano ritardi (che potrebbero puntare a processi distinti che avvengono in regioni distinte).

Per poter fare questi lavori di correlazione bisogna disporre di centinaia di TGF.  A prima vista la cosa non dovrebbe essere troppo difficile, visto che si stima che ogni giorni vengano prodotti grossomodo 1000 TGF. Il problema è rivelarli: gli strumenti in orbita passano il loro tempo a guardare il cielo e i segnali terrestri vengono dalla parte sbagliata. Agile utilizza principalmente il suo calorimetro come rivelatore di TGR, Fermi, invece, utilizza il GBM (Gamma Burst Monitor) uno strumento composto da  una serie di rivelatori che coprono tutto il cielo alla ricerca di fenomeni transienti.  La copertura completa del cielo ( e quindi della terra) non è però sufficiente per rivelare i brevissimi TGF, occorre ottimizzare la raccolta e l’analisi dei dati. Dopo due anni passati a lasciare al computer di bordo la responsabilità di rivelare i TGF, il team del GBM ha deciso di prendere in mano la situazione e inviare a terra tutti i dati per poter fare ricerche mirate.

Magicamente è stato possibile rivelare anche gli eventi deboli, che sfuggivano al computer di bordo, e il numero delle rivelazioni di TGF è aumentato di circa un fattore 10. In totale tra agosto 2008 (quando Fermi ha iniziato le operazioni in orbita) e agosto 2011, i TGF rivelati sono stati 601 (409 dei quali rivelati con il nuovo metodo).   Si pensa che, quando tutto sarà a regime, il GBM vedrà circa 850 TGF all’anno.  Per il momento, confrontando i tempi di arrivo dei  601 TGF rivelati  con l’insieme dei segnali radio raccolti dal WWLLN si è potuto evidenziare che emissione radio e gamma sono simultanee, a riprova che la stessa famiglia di elettroni accelerati   è responsabile di entrambe. Inoltre, sfruttando la correlazione tra il  segnale radio a quello gamma è possibile migliorare la localizzazione dei TGF allo scopo di capire quali siano le caratteristiche dei  temporali  responsabili dell’accoppiata fulmini-TGF.  Si comincia già a notare un addensamento sulle zone costiere dell’America centrale e sopra l’Indonesia.

Intanto il GBM continua a collezionare TGF ed è arrivato quasi a quota 1000.

Guarda il video della NASA sui Terrestrial Gamma-ray Flash: