fenomeni cosmici non identificati: la scoperta dei raggi gamma di Fermi sorprende gli astronomi
Nel vasto e misterioso universo che ci circonda, gli astronomi sono sempre alla ricerca di nuove scoperte che possano aiutarci a comprendere meglio la natura e l’origine del cosmo. Recentemente, un team di ricercatori ha analizzato 13 anni di dati provenienti dal Telescopio Spaziale Fermi della NASA, facendo una scoperta inaspettata e ancora inspiegata al di fuori della nostra galassia. Questa scoperta ha sorpreso gli astronomi e ha aperto nuove domande sulle origini e la natura dei fenomeni cosmici.
Una scoperta inaspettata nel cielo gamma
La scoperta è stata fatta quasi per caso, mentre gli scienziati stavano cercando una caratteristica gamma-ray legata allo sfondo di microonde cosmiche (CMB), la luce più antica dell’universo. Invece, hanno trovato un segnale gamma-ray in una direzione simile e con una magnitudine quasi identica a un’altra caratteristica inspiegata, prodotta da alcune delle particelle cosmiche più energetiche mai rilevate. Questo segnale è stato descritto in un articolo pubblicato il 10 gennaio su The Astrophysical Journal Letters.
Segnale gamma-ray e mistero cosmico
Il segnale gamma-ray è stato trovato in una direzione simile e con una magnitudine quasi identica a un’altra caratteristica inspiegata, prodotta da alcune delle particelle cosmiche più energetiche mai rilevate. Questo ha suscitato grande interesse tra gli scienziati, che si sono chiesti se ci potesse essere una connessione tra i due fenomeni.
Indagando sullo sfondo di microonde cosmiche
Il team stava cercando una caratteristica gamma-ray legata allo sfondo di microonde cosmiche (CMB), la luce più antica dell’universo. Il CMB ha avuto origine quando l’universo caldo ed in espansione si è raffreddato abbastanza da formare i primi atomi, un evento che ha rilasciato una raffica di luce che, per la prima volta, ha potuto permeare il cosmo. Questa luce è stata rilevata per la prima volta sotto forma di deboli microonde in tutto il cielo nel 1965.
Struttura dipolare nel CMB
Negli anni ’70, gli astronomi si sono resi conto che il CMB aveva una cosiddetta struttura dipolare, che è stata successivamente misurata con alta precisione dalla missione COBE (Cosmic Background Explorer) della NASA. Il CMB è circa lo 0,12% più caldo, con più microonde della media, verso la costellazione del Leone, e più freddo della stessa quantità, con meno microonde della media, nella direzione opposta. Per studiare le piccole variazioni di temperatura all’interno del CMB, questo segnale deve essere rimosso. Gli astronomi generalmente considerano il modello come risultato del movimento del nostro sistema solare rispetto al CMB a circa 370 chilometri al secondo.
Il dipolo gamma-ray sorprende i ricercatori
Il team ha ragionato che sommando molti anni di dati dal LAT (Large Area Telescope) di Fermi, che scandisce l’intero cielo più volte al giorno, potrebbe essere rilevato un modello di emissione dipolare correlato nei gamma-ray. Grazie agli effetti della relatività, il dipolo gamma-ray dovrebbe essere amplificato fino a cinque volte rispetto al CMB attualmente rilevato.
Gamma-ray e dipolo cosmico
Gli scienziati hanno combinato 13 anni di osservazioni LAT di Fermi di gamma-ray al di sopra di circa 3 miliardi di elettronvolt (GeV); per confronto, la luce visibile ha energie tra circa 2 e 3 elettronvolt. Hanno rimosso tutte le fonti risolte e identificate e hanno eliminato il piano centrale della nostra galassia Via Lattea per analizzare lo sfondo gamma-ray extragalattico. “Abbiamo trovato un dipolo gamma-ray, ma il suo picco si trova nel cielo meridionale, lontano dal CMB, e la sua magnitudine è 10 volte maggiore di quanto ci aspetteremmo dal nostro movimento”, ha detto il coautore Chris Shrader, astrofisico alla Catholic University of America a Washington e al Goddard. “Anche se non è ciò che stavamo cercando, sospettiamo che possa essere correlato a una caratteristica simile segnalata per i raggi cosmici ad altissima energia”.
Collegamento tra gamma-ray e raggi cosmici
Dal 2017, l’Osservatorio Pierre Auger in Argentina ha segnalato un dipolo nella direzione di arrivo dei raggi cosmici ad altissima energia (UHECR). Essendo carichi elettricamente, i raggi cosmici vengono deviati dal campo magnetico della galassia di diverse quantità a seconda delle loro energie, ma il dipolo UHECR raggiunge il picco in una posizione del cielo simile a quella che il team di Kashlinsky trova nei gamma-ray. E entrambi hanno magnitudini sorprendentemente simili: circa il 7% in più di gamma-ray o particelle rispetto alla media provenienti da una direzione e quantità corrispondentemente minori che arrivano dalla direzione opposta.
Gli scienziati ritengono che sia probabile che i due fenomeni siano collegati: fonti ancora non identificate stanno producendo sia i gamma-ray che le particelle ad altissima energia. Per risolvere questo enigma cosmico, gli astronomi devono individuare queste misteriose fonti o proporre spiegazioni alternative per entrambe le caratteristiche.
Il Telescopio Spaziale Fermi Gamma-ray è una partnership di astrofisica e fisica delle particelle gestita dal Goddard. Fermi è stato sviluppato in collaborazione con il Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti, con importanti contributi da istituzioni accademiche e partner in Francia, Germania, Italia, Giappone, Svezia e Stati Uniti.
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