Un energico raggio gamma dal medio Universo

La prima osservazione di raggi gamma ad altissima energia dalla galassia attiva molto distante: PKS 1441 + 25. Questa è la scoperta fatta da un team internazionale di ricercatori grazie al telescopio MAGIC (Major atmosferica Gamma-ray Imaging Cherenkov), situato nell’isola canaria di La Palma (Spagna). La collaborazione internazionale che dà vita al progetto MAGIC ha infatti puntato i propri telescopi sull’emissione gamma dopo che questa era stata rilevata dal satellite della NASA Fermi. L’emissione gamma è stata poi ulteriormente rilevata dai telescopi VERITAS, che si trovano in Arizona (USA). I risultati saranno pubblicati su Astrophysical Journal Letters

PKS 1441 + 25 è uno delle più lontane galassie attive dalle quali sono state rilevate emissioni di energia così estreme. La scoperta è eccezionale in quanto questa elevata emissione è totalmente inaspettata in quanto viene attenuata nel suo cammino verso la Terra da quella che è definita la radiazione di fondo extragalattica. Una luce diffusa che nasconde il segreto della storia dell’evoluzione delle stelle e delle galassie e quindi dell’Universo.

PKS 1441 + 25 è stata usata come un faro per ricavare informazioni sull’evoluzione dell’Universo da metà della sua età fino ai giorni nostri. Oltre alla sua distanza, PKS 1441 + 25 è uno dei pochissimi radio quasars a spettro piatto (una famiglia di galassie estremamente luminose che nel processo che trasporta gas caldo ad alta velocità nel profondo del pozzo gravitazionale del loro buco nero centrale, formano potenti getti di plasma che vengono sparati nella nostra direzione) dalle quali è stato possibile rilevare tali emissioni di raggi gamma ad energie così estreme, consentendone lo studio delle sue caratteristiche intrinseche. «Comprendere le caratteristiche di questi fenomeni non è un’impresa semplice» dice Fabrizio Tavecchio, ricercatore INAF dell’Osservatorio Astronomico di Brera “Grazie a questa osservazione siamo ora in grado di conoscere meglio cosa succede nelle galassie attive più lontane».

In aprile 2015, il Large Area Telescope ha rilevato un aumento dell’attività di PKS 1441 + 25 e MAGIC, in seguito alla segnalazione, ha rilevato raggi gamma VHE (Very Hign Energy) provenienti dall’oggetto. Elina Lindfors, PI del progetto di osservazione di MAGIC, ricercatore presso l’Università Turku dice: «In MAGIC seguiamo sempre con attenzione il comportamento di queste sorgenti nelle diverse lunghezze d’onda e quando queste mostrano un aumento del flusso energetico in qualche regione dello spettro elettromagnetico, la seguiamo prontamente con MAGIC. La scoperta dell’emissione VHE gamma da PKS 1441 + 25 è l’ennesimo successo di questa strategia osservativa».

Alcune delle galassie sono chiamate attive, in quanto producono nelle loro parti centrali molta più luce di quanto possa essere spiegata con l’emissione delle stelle e della polvere interstellare che le compone. Le galassie attive, ospitando al loro centro un buco nero supermassiccio, con una massa di milioni fino a qualche miliardo di volte la massa del Sole, sono tra i più potenti oggetti dell’Universo e dominano il cielo a raggi gamma: sono in grado di accelerare le particelle cariche fino a energie molto alte. A seguito di una classificazione in base alla loro luminosità e altre caratteristiche astrofisiche importanti, PKS 1441 + 25 appartiene alla famiglia dei Radio Quasars a Spettro Piatto ed emette raggi gamma molto energetici prodotti nelle vicinanze del suo buco nero centrale. I Radio Quasars a Spettro Piatto sono sorgenti enigmatiche e gli scienziati si cimentano per spiegare le loro emissione di raggi gamma VHE. Osservazioni come quelle eseguite da MAGIC danno informazioni cruciali su queste sorgenti.

Come detto le emissioni gamma di altissima energia intercettano la radiazione di fondo extragalattica nel loro viaggio verso la Terra. La radiazione di fondo agisce come una sorta di ‘nebbia’ che attenua la luminosità dei raggi gamma provenienti dalle galassie più lontane. Questa ‘foschia’ è stata generata da stelle e polvere durante tutta la storia dell’Universo. E si traccia l’evoluzione dell’Universo dopo la comparsa delle prime stelle. In questo contesto, potenti galassie attive come PKS 1441 + 25, possono essere utilizzate come fari lontani che ci aiutano a tracciare le caratteristiche della luce di fondo extragalattica tra la Terra e la posizione della galassia attiva. Miguel Nievas Rosillo, giovane studente di dottorato presso l’Universidad Complutense di Madrid dice: «L’assorbimento di raggi gamma durante il loro viaggio da galassie lontane verso di noi rende il loro studio molto impegnativo. Tuttavia con MAGIC siamo stati in grado di raccogliere dati di elevata qualità da un sorgente molto distante, a conferma della buona performance dello strumento a basse energie e quanto sia potente la Tecnica Cherenkov Imaging».

L’emissione rilevata dalla galassia attiva PKS 1441 + 25 ha viaggiato per la metà dell’età dell’Universo. PKS1441 + 25 e QSO B0218 + 357, un’altra fonte recentemente rilevata da MAGIC, sono i più antichi raggi gamma VHE mai rilevati da osservatori a terra. Per Marina Manganaro, postdoc presso l’Istituto di Astrofisica delle Canarie (IAC) «l’analisi dei dati da una tale galassia lontana era molto eccitante e ci siamo sentiti come viaggiare indietro nel tempo per conoscere meglio la storia del nostro Universo».

Nell’articolo in pubblicazione gli attuali modelli della luce di fondo extragalattica che limitano l’evoluzione dell’Universo dal Medioevo fino ad oggi sono stati testati per la prima volta ad energie mai raggiunte prima da tali distanti galassie.

Razmik Mirzoyan, portavoce della Collaborazione MAGIC, dice: «La caccia a fonti molto lontane permette agli astrofisici che osservano in raggi gamma di sondare i limiti dell’universo osservazionale e testare i campi di fotoni a bassa energia nello spazio – un dato importante per la cosmologia. L’universo è solo in parte trasparente per i raggi gamma ad altissima energia, misurati da MAGIC. Durante il viaggio verso la Terra, questi possono interagire con i fotoni a bassa energia emessi dalle galassie e dalle stelle durante  l’evoluzione del nostro universo, e svaniscono con la trasformazione in coppie e-e+. Dal 2007, quando MAGIC per la prima volta ha battuto il record della fonte gamma VHE più lontana mai rilevata (3C279 al redshift di 0,536), siamo stati a caccia di ulteriori fonti molto energetiche. Alla fine siamo riusciti a “catturare” il forte chiarore della galassia attiva PKS 1441 + 25 residente nell’altra metà dell’universo (redshift = 0,940), praticamente raddoppiando la portata di osservazione dell’universo».

Fonte: Media INAF | Scritto da Redazione Media Inaf