bolle di raggi gamma
Goddard Space Flight Center della NASA
  • Categoria dell'articolo:Scienza
  • Ultima modifica dell'articolo:6 Settembre 2022

Un blob luminoso noto come “il bozzolo”, che sembra essere all’interno di una delle enormi emanazioni di raggi gamma dal centro della nostra galassia soprannominate “bolle di Fermi”, ha lasciato perplessi gli astronomi da quando è stato scoperto nel 2012.

In una nuova ricerca pubblicata su Nature Astronomy, mostriamo che il bozzolo è causato da raggi gamma emessi da stelle estreme a rotazione rapida chiamate “pulsar di millisecondi” situate nella galassia nana del Sagittario, che orbita attorno alla Via Lattea. Mentre i nostri risultati chiariscono il mistero del bozzolo, gettano anche un velo sui tentativi di ricerca della materia oscura in qualsiasi bagliore di raggi gamma che potrebbe emettere.

Vedere con i raggi gamma

Fortunatamente per la vita sulla Terra, la nostra atmosfera blocca i raggi gamma. Si tratta di particelle di luce con energie oltre un milione di volte superiori ai fotoni che rileviamo con i nostri occhi.

Poiché la nostra vista dal livello del suolo è oscurata, gli scienziati non avevano idea della ricchezza del cielo di raggi gamma fino a quando gli strumenti non sono stati spostati nello spazio. Ma, a partire dalle scoperte fortuite fatte dai satelliti Vela (messi in orbita negli anni ’60 per monitorare il divieto di test nucleari), sempre più di questa ricchezza è stata rivelata.

Lo strumento a raggi gamma all’avanguardia in funzione oggi è il Fermi Gamma Ray Space Telescope, una grande missione della NASA in orbita per più di un decennio. La capacità di Fermi di risolvere i minimi dettagli e rilevare deboli sorgenti ha svelato una serie di sorprese sulla nostra Via Lattea e sul cosmo più ampio.

Bolle misteriose

Una di queste sorprese è emersa nel 2010, subito dopo il lancio di Fermi: qualcosa al centro della Via Lattea sta facendo esplodere quella che sembra una coppia di bolle giganti che emettono raggi gamma. Queste “bolle di Fermi” del tutto impreviste coprono completamente il 10% del cielo.

Uno dei principali sospettati per la fonte delle bolle è il buco nero supermassiccio residente nella Galassia. Questo colosso, 4 milioni di volte più massiccio del Sole, si annida nel nucleo galattico, la regione da cui provengono le bolle.

La maggior parte delle galassie ospita tali buchi neri giganti nei loro centri. In alcuni, questi buchi neri stanno attivamente inghiottendo materia. Così alimentati, emettono simultaneamente giganteschi “getti” in uscita visibili attraverso lo spettro elettromagnetico.

Da qui una domanda che i ricercatori si sono posti dopo la scoperta delle bolle: possiamo trovare una pistola fumante che le lega al buco nero supermassiccio della nostra Galassia? Presto emersero prove provvisorie: c’era un accenno, all’interno di ogni bolla, di un sottile getto di raggi gamma che puntava all’indietro verso il centro galattico.

Con il tempo e ulteriori dati, tuttavia, questo quadro si è confuso. Mentre la caratteristica simile a un getto in una delle bolle è stata confermata, il getto apparente nell’altra sembrava evaporare sotto esame.

Le bolle sembravano stranamente sbilenche: una conteneva un punto luminoso allungato – il “bozzolo” – senza controparti nell’altra bolla.

Il bozzolo e da dove viene

Il nostro recente lavoro su Nature Astronomy è un esame approfondito della natura del “bozzolo”. Sorprendentemente, abbiamo scoperto che questa struttura non ha nulla a che fare con le bolle di Fermi o, in effetti, con il buco nero supermassiccio della Galassia.

Piuttosto, abbiamo scoperto che il bozzolo è in realtà qualcos’altro: i raggi gamma della galassia nana del Sagittario, che si trova dietro la bolla meridionale vista dalla posizione della Terra.

Schema che mostra la Via Lattea, le Bolle di Fermi che emettono raggi gamma (rosa) e la galassia nana del Sagittario e le sue code (giallo/verde). Dalla posizione del Sole, vediamo il nano Sagittario attraverso la Bolla di Fermi meridionale. Aya Tsuboi, Kavli IPMU , autore fornito

La nana del Sagittario, così chiamata perché la sua posizione nel cielo è nella costellazione del Sagittario, è una galassia “satellite” in orbita attorno alla Via Lattea. È il residuo di una galassia molto più grande che il forte campo gravitazionale della Via Lattea ha letteralmente fatto a pezzi. In effetti, le stelle estratte dalla nana del Sagittario possono essere trovate in “code” che avvolgono l’intero cielo.

Cosa produce i raggi gamma?

Nella Via Lattea, la principale fonte di raggi gamma è quando particelle ad alta energia, chiamate raggi cosmici, entrano in collisione con il gas molto tenue tra le stelle.

Tuttavia, questo processo non può spiegare i raggi gamma emessi dal nano Sagittario. Molto tempo fa ha perso il suo gas a causa delle stesse molestie gravitazionali che hanno trascinato via così tante delle sue stelle.

Allora da dove vengono i raggi gamma?

Abbiamo considerato diverse possibilità, inclusa l’eccitante prospettiva che sono una firma della materia oscura, la sostanza invisibile conosciuta solo per i suoi effetti gravitazionali che gli astronomi ritengono costituisca gran parte dell’universo. Sfortunatamente, la forma del bozzolo corrisponde strettamente alla distribuzione delle stelle visibili, che esclude la materia oscura come origine.

In un modo o nell’altro, le stelle erano responsabili dei raggi gamma. Eppure: le stelle del nano Sagittario sono vecchie e quiescenti. Quale tipo di sorgente tra una tale popolazione produce raggi gamma?

Pulsar di millisecondi

Siamo soddisfatti che ci sia solo una possibilità: oggetti che ruotano rapidamente chiamati “pulsar di millisecondi”. Questi sono i resti di particolari stelle, significativamente più massicce del Sole, che sono anche in orbita ravvicinata con un’altra stella.

Nelle giuste circostanze, tali sistemi binari producono una stella di neutroni – un oggetto pesante quanto il Sole ma largo solo circa 20 km – che ruota centinaia di volte al secondo.

A causa della loro rapida rotazione e del forte campo magnetico, queste stelle di neutroni agiscono come acceleratori di particelle naturali: lanciano nello spazio particelle ad altissima energia.

Queste particelle emettono quindi raggi gamma. Abbiamo scoperto che le pulsar di un millisecondo nella nana Sagittario erano l’ultima fonte del misterioso bozzolo.

La caccia alla materia oscura

I nostri risultati gettano nuova luce – gioco di parole – sulle pulsar di millisecondi come sorgenti di raggi gamma in altri vecchi sistemi stellari.

Allo stesso tempo, hanno anche gettato un velo sugli sforzi per trovare prove della materia oscura attraverso le osservazioni di altre galassie satelliti della Via Lattea; sfortunatamente, in questi sistemi c’è uno “sfondo” di raggi gamma da pulsar di millisecondi più forte di quanto si pensasse in precedenza.

Pertanto, qualsiasi segnale che producono potrebbe non essere interpretato in modo inequivocabile come dovuto alla materia oscura.

La caccia ai segnali di materia oscura continua.

Autore

Roland CrockerUniversità Nazionale Australiana