GETTI QUASAR COME ACCELERATORI DI PARTICELLE LUNGHI MIGLIAIA DI ANNI LUCE

Gli acceleratori di particelle più grandi dell’universo

La collaborazione internazionale Hess ha dimostrato che l'emissione di raggi gamma ad altissima energia proveniente dalle quasar non è concentrata nella regione vicino al buco nero centrale ma si estende per diverse migliaia di anni luce lungo i getti di plasma. Questa scoperta scuote gli scenari attuali che descrivono il comportamento del plasma nei getti. Lo studio è stato pubblicato su Nature

     18/06/2020
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Immagine composita di Centaurus A, che mostra insieme i getti che emergono dal buco nero centrale della galassia con la radiazione gamma associata. Crediti: Eso/Wfi (ottico); Mpifr/Eso/Apex/A.Weiss et al. (sub-millimetrico); Nasa/Cxc/CfA/R.Kraft et al. (raggi X), Hess collaboration (Gamma).

Una collaborazione internazionale che riunisce oltre 200 scienziati provenienti da 13 paesi ha dimostrato che l’emissione di raggi gamma ad altissima energia proveniente da quasar – galassie con un nucleo estremamente brillante – non è concentrata nella regione vicino al buco nero supermassiccio centrale ma si estende per diverse migliaia di anni luce lungo i getti di plasma. Questa scoperta scuote gli scenari attuali che descrivono il comportamento del plasma nei getti. Il lavoro, pubblicato sulla rivista Nature il 18 giugno 2020, è stato realizzato nell’ambito della collaborazione Hess, che coinvolge Cnrs e Cea in Francia, la Max Planck Society e un gruppo di istituti di ricerca e università in Germania.

Negli ultimi anni, gli scienziati hanno osservato l’universo usando i raggi gamma, fotoni di energia molto elevata. I raggi gamma, che fanno parte dei raggi cosmici che bombardano costantemente la Terra, provengono da regioni dell’universo in cui le particelle vengono accelerate a enormi energie, irraggiungibili con gli acceleratori creati dall’uomo. I raggi gamma sono emessi da diversi oggetti cosmici, come ad esempio le quasar. L’intensità della radiazione emessa da questi sistemi può variare in tempi molto brevi, fino a un minuto, e gli scienziati hanno quindi creduto che la sorgente di questa radiazione fosse molto piccola e situata in prossimità del buco nero supermassiccio, che può avere una massa di diversi miliardi di volte quella del Sole. Si pensa che il buco nero centrale divori la materia che gli spiraleggia intorno e ne espella una piccola parte sotto forma di grandi getti di plasma, a velocità relativistiche (prossime alla velocità della luce), contribuendo così alla ridistribuzione della materia in tutto l’universo.

Il grande telescopio centrale di Hess con uno specchio di 614 m² e due dei quattro telescopi più piccoli, ciascuno con un’area dello specchio di 107 m². Crediti: Mpik/Christian Föhr

Utilizzando l’osservatorio Hess (acronimo di High Energy Stereoscopic System) in Namibia, i ricercatori hanno osservato una radio galassia per oltre 200 ore, con una risoluzione attualmente senza precedenti. Si tratta di Centaurus A, la radio galassia più vicina alla Terra, che rappresenta un oggetto particolarmente indicato per questo studio e ha consentito agli scienziati di identificare la regione che emette radiazione ad altissima energia, studiando anche la traiettoria dei getti di plasma. I ricercatori sono stati in grado di dimostrare che la sorgente di raggi gamma si estende su una distanza di diverse migliaia di anni luce. Questa emissione estesa indica che l’accelerazione di particelle non ha luogo esclusivamente in prossimità del buco nero, bensì avviene per l’intera lunghezza dei getti di plasma.

Sulla base di questi nuovi risultati, si ritiene ora che le particelle vengano accelerate da processi stocastici che avvengono lungo il getto. La scoperta suggerisce che molte radio galassie con getti estesi siano in grado di accelerare gli elettroni a energie così alte, che potrebbero emettere raggi gamma, forse riuscendo a spiegare le origini di una frazione sostanziale del fondo gamma extragalattico.

I risultati forniscono importanti nuove intuizioni sulle sorgenti cosmiche di raggi gamma, e in particolare sul ruolo delle radio galassie come acceleratori di elettroni relativistici altamente efficienti. Per via del loro grande numero, sembrerebbe che il contributo complessivo delle radio galassie sia molto significativo nella ridistribuzione dell’energia nel mezzo intergalattico. I risultati di questo studio hanno richiesto osservazioni approfondite e tecniche di analisi ottimizzate per Hess, l’osservatorio di raggi gamma a oggi più sensibile. I telescopi di prossima generazione (Cherenkov Telescope Array o Cta) consentiranno senza ombra di dubbio di osservare questo fenomeno in modo ancora più dettagliato.

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