Gli scienziati hanno pensato a lungo che i raggi gamma ad altissima energia nello spazio siano forgiati nelle fornaci intense di buchi neri supermassicci molto attivi, molto, molto lontani. Ma un nuovo studio ha tracciato alcuni di questi fotoni ad alta energia fino a un oggetto molto più vicino a noi.
V4641 Sagittarii è un sistema a circa 20.000 anni luce dalla Terra, in direzione della costellazione del Sagittario. Lì, un buco nero con una massa di circa sei soli sta succhiando materiale da una stella gigante di circa tre masse solari, e producendo radiazioni intense come un acceleratore di particelle cosmiche.
Gli astronomi hanno ora rilevato fotoni da V4641 Sagittarii che trasportano energie fino a un incredibile 200 teraelettronvolt (TeV). Per fare un paragone, si tratta di 200 trilioni di volte più energia della luce visibile, e tra i fotoni ad energia più elevata che troverete nello spazio.
È noto che i raggi gamma attorno a questo livello energetico sfrecciano nel cosmo, ma gli scienziati pensavano che avessero origine principalmente nei quasar, nuclei galattici luminosi in cui i buchi neri supermassicci rilasciano enormi quantità di energia mentre divorano disordinatamente il gas in caduta.
V4641 Sagittarii è ciò che è noto come microquasar e, come suggerisce il nome, funziona come una versione in miniatura di un normale quasar. Il buco nero è più piccolo, la fonte di materia è più piccola e la radiazione che emette è più piccola. O almeno, questo è ciò che il pensiero convenzionale ci ha detto.
“I fotoni rilevati dai microquasar hanno solitamente energie molto più basse di quelli dei quasar“, afferma Sabrina Casanova, dell’Istituto di fisica nucleare dell’Accademia polacca delle scienze (IFJ PAN).
“Di solito, parliamo di valori dell’ordine di decine di gigaelettronvolt. Nel frattempo, abbiamo osservato qualcosa di abbastanza incredibile nei dati registrati dai rilevatori dell’osservatorio [ High-Altitude Water Cherenkov] : fotoni provenienti da un microquasar che si trova nella nostra galassia, e tuttavia trasportano energie decine di migliaia di volte superiori a quelle tipiche.“
Situato sul fianco del vulcano spento Sierra Negra in Messico, l’osservatorio di raggi gamma HAWC è progettato per captare particelle particolarmente energetiche provenienti dallo spazio. Per farlo, è composto da 300 grandi serbatoi di acciaio, pieni di acqua purificata.
L’idea è che quando queste particelle ad alta energia entrano in un serbatoio, innescano una cascata di altre particelle che viaggiano nell’acqua più velocemente della luce. Ciò crea un lampo di luce chiamato radiazione Cherenkov, che è essenzialmente la versione elettromagnetica di un boom sonico.
I rilevatori sensibili, posizionati all’interno dei serbatoi, captano questi lampi e consentono agli scienziati di procedere a ritroso per scoprire quale tipo di particella carica li ha innescati e da quale direzione provengono.
HAWC può vedere il 15 percento del cielo in qualsiasi momento, e scansiona due terzi dell’intero cielo ogni 24 ore, creando una specie di mappa cosmica. È stato in una di queste mappe che V4641 Sagittarii è apparso come un inaspettato punto luminoso di raggi gamma.
“Mentre esaminavo le mappe del cielo alla ricerca del mio prossimo progetto, ho notato una regione a cinque gradi di distanza dal nostro piano galattico con emissioni luminose che non erano visibili nei set di dati precedenti“, afferma il fisico Xiaojie Wang.
“Non è stata identificata né analizzata alcuna sorgente di raggi gamma in questa regione, quindi ho colto l’occasione e ho guidato l’analisi.”
A un esame più attento, si è scoperto che V4641 Sagittarii era la fonte di questi raggi gamma ad altissima energia. Altri microquasar, come SS 433 , erano stati precedentemente rilevati mentre emettevano fotoni a energie superiori a 25 TeV, ma V4641 Sagittarii è di livello successivo: produceva radiazioni pari a quelle dei normali quasar, un’impresa che in precedenza si pensava impossibile.
La nuova scoperta fornisce agli astronomi una migliore comprensione non solo della radiazione cosmica, ma anche dei quasar stessi. La fisica attorno a quegli enormi oggetti si svolge al rallentatore, nel corso di milioni di anni, ma i microquasar svolgono processi simili su scale temporali di giorni. Sono come simulatori naturali.
