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La curiosità del mese

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L’assione e lo strano caso del quasar 1222+216

La curiosità del mese di novembre 2012 a cura di Fabrizio Tavecchio


Vai alcomunicato stampa dell’INFN e al comunicato stampa dell’INAF (23/10/2012)

Fig. 1 - Immagine pittorica di un blazars
Fig. 1 - Immagine pittorica di un blazars

Nel corso degli ultimi decenni si è assistito ad un incontro piuttosto proficuo tra lo studio dell’infinitamente grande (stelle, galassie, l’intero Universo) e l’infinitamente piccolo (le particelle elementari e le loro interazioni).
La natura della materia oscura che sembra dominare le galassie e l’origine dell’accelerazione dell’espansione cosmica (attribuita a una non ben specificata energia oscura) sono solo due dei temi che vedono astrofisici e fisici delle particelle lavorare gomito a gomito.

Recentemente, la collaborazione si è estesa al campo in vivace sviluppo del’astrofisica dei raggi (o fotoni) gamma, la radiazione elettromagnetica alla frequenze più elevate.
I raggi gamma, schermati dall’atmosfera, non giungono fino a Terra: la loro rivelazione diretta coinvolge quindi strumenti installati su satellite. I raggi gamma alle frequenze molto elevate vengono invece rilevati indirettamente sfruttando speciali telescopi (Cherenkov) capaci di rilevare i flebili lampi di luce emessi dallo "sciame" di particelle prodotte dai raggi gamma nell’interazione con l’atmosfera. (vedi curiosità del novembre 2008).

Tra le sorgenti cosmiche di raggi gamma più potenti ci sono i blazars, galassie lontane nel cui nucleo un buco nero pesante come un miliardo di Soli ingoia enormi quantità di gas. Nei blazars il buco nero, oltre a mangiare materia espelle del gas in due enormi getti, con velocità prossime a quella della luce.
Questi getti, capaci di emettere radiazione dalle onde radio ai raggi gamma, nei blazars sono puntati direttamente verso di noi.
L’alta velocità della materia che emette fa sì che la radiazione osservata sia enormemente amplificata.
Questo rende i blazars le sorgenti persistenti più luminose del cielo - dei veri fari cosmici - specialmente in banda gamma.
Da queste caratteristiche nasce l’idea di usare il potente fascio di raggi gamma dei blazar per studiare diversi problemi astrofisici ancora irrisolti.
Uno di questi problemi è la sopravvivenza stessa dei raggi gamma.
Se nascono non tanto lontano dal buco nero, devono attraversare una regione molto densa di altri fotoni.
E il viaggio è pieno di pericoli mortali.
Il fotone gamma può scontrarsi con gli altri fotoni e trasformarsi in una coppia particella-antiparticella.
Lui (il fotone) muore per dare alla luce un elettrone e un positrone (l’antiparticella dell’elettrone).

Fig. 2 - MAGIC (Major Atmospheric Gamma-ray Imaging Cherenkov Telescope) e' il piu' grande telescopio gamma al mondo. Costruito ed operato da un consorzio di scienziati in prevalenza italiani, tedeschi e spagnoli, e' posto nell'Osservatorio del Roque de Los Muchachos a La Palma nelle Isole Canarie. Con due grandi paraboloidi di 17 metri di diametro e' in grado di rivelare raggi gamma di origine extraterrestre per studiare l'origine dei raggi cosmici e fenomeni di fisica fondamentale e di astrofisica.
Fig. 1 - MAGIC (Major Atmospheric Gamma-ray Imaging Cherenkov Telescope) è il più grande telescopio gamma al mondo. Costruito ed operato da un consorzio di scienziati in prevalenza italiani, tedeschi e spagnoli, è posto nell’Osservatorio del Roque de Los Muchachos a La Palma nelle Isole Canarie. Con due grandi paraboloidi di 17 metri di diametro è in grado di rivelare raggi gamma di origine extraterrestre per studiare l'origine dei raggi cosmici e fenomeni di fisica fondamentale e di astrofisica (da wikipedia).

Ma se questo accadesse realmente non ci aspetteremmo di osservare fotoni gamma di alta energia da queste sorgenti ... dovrebbero essere tutti morti!
E invece, dal blazar chiamato PKS 1222+216 riceviamo proprio questi fotoni, raccolti dal telescopio Cherenkov MAGIC, posto sull’isola di La Palma (Canarie).
Non ce li aspettavamo, ed invece eccoli qui, sopravvissuti.

La sorpresa è stata così grande da stimolare nuove idee: e se i fotoni gamma potessero trasformarsi in un qualcosa d’altro, che riesce a superare indenne il mare di fotoni killer?
Una specie di "sottomarino" capace di riemergere al momento giusto?
Beh, per quanto strano possa sembrare, è proprio questa l’idea nuova che è stata proposta (link al comunicato stampa dell’INFN e al comunicato stampa dell’INAF 23/10/2012)

Il fotone gamma, sotto certe condizioni, si tramuterebbe in un assione, una particella per ora prevista solo teoricamente (e finora mai osservata).
Con questo "travestimento" i fotoni gamma passerebbero indenni la zona pericolosa.
Dopo un po’ gli assioni si trasformerebbero di nuovo in fotoni gamma, ma ormai, a quel punto, il pericolo sarebbe passato ...
Per ora questa è una teoria stimolante, e intrigante è il modo per confermarla: non nel chiuso dei laboratori e degli acceleratori di particelle, ma attraverso le osservazioni di sorgenti cosmiche, poste a miliardi di anni luce da noi. Infinitamente piccolo ed infinitamente grande si uniscono ...


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