NASA Fermi: misurati i raggi gamma di una lente gravitazionale

Blazar B0218+357

Credit: NASA/ESA and the Hubble Legacy Archive

Un team internazionale di scienziati, utilizzando l'osservatorio Fermi della NASA ha misurato per la prima volta le emissioni di raggi gamma di una lente gravitazionale, una sorta di telescopio naturale che si forma grazie ad un particolare allineamento cosmico.

Questo risultato apre la strada a nuove ricerche, tra cui la possibilità di sondare le regioni di emissione nei pressi di buchi neri supermassicci.

"Abbiamo iniziato a valutare la possibilità di questo tipo di osservazioni un paio di anni dopo il lancio di Fermi", ha detto Teddy Cheung, scienziato del Naval Research Laboratory in Washington.

A settembre 2012, Large Area Telescope (LAT) di Fermi ha rilevato una serie di brillamenti di raggi gamma da una fonte conosciuta come B0218+357, a 4.350 milioni di anni luce dalla Terra, in direzione della costellazione del Triangolo.

B0218+357 è classificato come blazar, un tipo di galassia attiva, noto per emissioni intense e comportamento imprevedibile. Nel suo cuore c'è un buco nero supermassiccio, con una massa compresa tra alcuni milioni e alcuni miliardi di volte quella del Sole.

Mentre la materia viene risucchiata a spirale verso il buco nero, getti di particelle vengono sparati quasi alla velocità della luce in tutte le direzioni.
La luminosità estrema e la variabilità dei blazar derivano da un possibile orientamento del getto in linea con la Terra.

Prima che la luce di B0218+357 arrivi a noi, passa attraverso una galassia a spirale molto simile alla nostra, a circa 4 miliardi di anni luce di distanza.
La gravità della galassia piega la luce in percorsi diversi, fungendo da lente, così sullo sfondo si ottiene una doppia immagine del blazar.

Fermi, non può decodificare la singola immagine come i telescopi ottici e radio, così gli astronomi sfruttano proprio questa "riproduzione ritardata", per cogliere il tempo intercorso tra il primo e il secondo segnale.
Con appena un terzo di un secondo d'arco (inferiore a 0,0001 gradi) tra loro, le immagini di B0218+357 detengono il record della più piccola separazione di lente gravitazionale conosciuta.

A settembre del 2012, quando l'attività dei flare emessi dal blazar, ha reso la sorgente di raggi gamma più luminosa al di fuori della nostra galassia, Cheung ha capito che aveva davanti un'occasione d'oro.
L'osservazione con il LAT di Fermi durò dal 24 settembre al 1 ottobre.

Dai dati emerse che, il ritardo in raggi gamma è circa un giorno rispetto alle osservazioni radio per questo sistema e, mentre nei raggi gamma le immagini dei getti hanno luminosità simili, in radio una sola immagine del blazar è circa quattro volte più luminosa rispetto alle altre.
Per questo motivo, gli astronomi credono che i raggi gamma e le onde radio non provengano dalla stessa regione, prendendo strade leggermente diverse, con ritardi ed amplificazioni, mentre viaggiano attraverso la lente gravitazionale.

“Nel corso di una giornata, uno di questi brillamenti può rendere il blazar più luminoso di 10 volte in termini di raggi gamma ma solo del 10 per cento nella luce visibile e radio. Questo ci dice che la regione che emette raggi gamma è molto più piccola rispetto a quella che emette emissioni a basse energie”, ha detto il membro del team Stefan Larsson, un astrofisico presso l’Università di Stoccolma, Svezia.

Come risultato, la gravità delle piccole concentrazioni di materia nella galassia lente, può deviare e amplificare i raggi gamma in modo più significativo rispetto alla radiazione con energia minore. Distinguere questi cosiddetti effetti di microlensing rappresenta una sfida e un vantaggio sulle osservazioni di lenti nelle alte energie.

Il confronto di osservazioni in onde radio e raggi gamma in altri sistemi di lenti gravitazionali potrebbe contribuire a fornire nuove informazioni sul funzionamento dei potenti getti dei buchi neri e stabilire nuovi vincoli su importanti grandezze cosmologiche come la costante di Hubble, che descrive la velocità di espansione dell’universo.

Un documento che descrive la ricerca verrà pubblicato a breve sulla rivista The Astrophysical Journal Letters.