Storia di una fuga cosmica: Fermi ha rilevato un potente raggio gamma da un lontano blazar

Un'emissione inaspettata di energetici raggi gamma provenienti da una galassia molto lontana è stata rilevata dal satellite della NASA Fermi e confermata dai telescopi Very Energetic Radiation Imaging Telescope Array System (VERITAS), in Arizona (USA).

La sorgente è un blazar, PKS 1441+25, cioè un particolare tipo di galassia incredibilmente attiva alimentata da un buco nero supermassiccio.
I blazar sono intrinsecamente instabili ed a volte possono emettere bagliori da dieci a cento volte più luminosi rispetto ai loro valori di riferimento.
PKS 1441+25 ha emesso un flare nel mese di aprile 2015, osservato da diversi telescopi e a varie lunghezze d'onda.

"Abbiamo rivelato raggi gamma da questo oggetto insolito alle più alte energie osservate dalla Terra", ha detto Jonathan Biteau, dell'Università della California di Santa Cruz, che ha guidato lo studio sui dati VERITAS.

L'evento ha sorpreso gli astronomi almeno per due motivi.
Innanzitutto nessuno si aspettava di osservare dalla Terra emissioni così alte dal momento in cui questi raggi gamma ad alta energia hanno affrontato un viaggio di 7,6 miliardi di anni prima di raggiungerci, con una buona probabilità di essere annientati o comunque attenuati da diversi ostacoli lungo il percorso, tra cui anche la luce di fondo extragalattica (EBL) che riempie l'Universo dal Big Bang.
In secondo luogo, gli astronomi avevano assunto che i raggi gamma più energetici provenissero da molto vicino al buco nero supermassiccio:
"invece, le osservazioni multispettrali suggeriscono che la luce a tutte le lunghezze d'onda proviene da una singola regione che si trova lontano dalla fonte di energia", ad u na distanza di circa 5 anni luce dal buco nero, ha detto Biteau (che è maggiore della distanza tra il Sole e Proxima Centauri).

Il grande flare del mese di aprile è stato scoperto, utilizzando i dati pubblici di Fermi, da Luigi Pacciani dell'Istituto Nazionale di Astrofisica di Roma mentre conduceva una ricerca sui blazar, in collaborazione con l'esperimento Major Atmospheric Gamma-ray Imaging Cerenkov experiment ( MAGIC) nelle Isole Canarie.
Allertata la comunità scientifica, un primo monitoraggio con Fermi ha catturato emissioni fino a 33 miliardi di elettronvolt (GeV), quasi al limite di rilevamento dello strumento (per confronto, la luce visibile ha energie tra i 2 ed i 3 elettronvolt). Successivamente MAGIC ha registrato raggi gamma con energie comprese tra 40 e 250 GeV. A seguito dei risultati di MAGIC, anche VERITAS ha rilevato raggi gamma con energie intorno ai 200 GeV.

Il buco nero supermassiccio al centro di PKS 1441+25 è circondato da un disco incandescente di gas caldo e polvere vorticosa.
Parte di questa materia in caduta, invece di essere inghiottita, viene incanalata in due potenti getti emessi dai poli del buco nero rotante, perpendicolari al disco di accrescimento. Uno di questi getti è diretto verso di noi, "come una torcia puntata negli occhi", ha detto Biteau.

I risultati delle diverse squadre sono pubblicati sulla rivista Astrophysical Journal Letters.

Gamma rays from the quasar PKS 1441+25: story of an escape [abstract]
Outbursts from gamma-ray quasars provide insights on the relativistic jets of active galactic nuclei and constraints on the diffuse radiation fields that fill the Universe. The detection of significant emission above 100 GeV from a distant quasar would show that some of the radiated gamma rays escape pair-production interactions with low-energy photons, be it the extragalactic background light (EBL), or the radiation near the supermassive black hole lying at the jet's base. VERITAS detected gamma-ray emission up to 200 GeV from PKS 1441+25 (z=0.939) during April 2015, a period of high activity across all wavelengths. This observation of PKS 1441+25 suggests that the emission region is located thousands of Schwarzschild radii away from the black hole. The gamma-ray detection also sets a stringent upper limit on the near-ultraviolet to near-infrared EBL intensity, suggesting that galaxy surveys have resolved most, if not all, of the sources of the EBL at these wavelengths.