Gli energetici raggi gamma

Tutti gli appassionati di astronomia sono ormai abituati a vedere immagini di uno stesso oggetto in diverse bande energetiche provenienti da osservazioni radio, ottiche, infrarosse, ultraviolette, nei raggi X. Non è così comune, invece, sentir parlare della parte più energetica dello spettro elettromagnetico: i raggi gamma.

Si tratta di luce che ha un’energia circa 10 miliardi di volte maggiore rispetto alla luce a cui l'occhio umano è sensibile. Sfortunatamente non è possibile osservare direttamente questa radiazione poiché l'atmosfera terrestre non è trasparente a queste energie. Il problema può essere aggirato in parte mediante l’uso di telescopi spaziali, ma per quanto riguarda una parte importante dei raggi gamma, quelli ad altissime energie, ciò non è possibile per motivi prettamente logistici: questi fotoni sono talmente rari che le dimensioni necessarie del telescopio sono proibitive per un esperimento da mandare in orbita.

Un altro metodo per osservare questi fotoni sfrutta l'atmosfera stessa della Terra come un grande rilevatore di particelle. I raggi gamma che attraversando l’atmosfera interagiscono con gli atomi ivi presenti e perdono energia, producendo una cascata di particelle. Le particelle nella cascata hanno una velocità maggiore della velocità della luce nell'atmosfera (ma sempre minore della velocità della luce nel vuoto!) e producono la cosiddetta radiazione Cherenkov: si tratta di un cono di luce che, quando giunge al suolo, può illuminare una superficie di circa 100 metri di raggio!

Questa luce viene poi raccolta dai telescopi ed analizzata. Tra gli esperimenti di ultima generazione in questo campo ricordiamo H.E.S.S (High Energy Stereoscopic System), che si trova in Namibia, MAGIC (Major Atmospheric Gamma-ray Imaging Cherenkov Telescope), situato a La Palma, nelle isole Canarie, e VERITAS (Very Energetic Radiation Imaging Telescope Array System), in Arizona, Stati Uniti. Questi esperimenti sfruttano la tecnica stereoscopica, ovvero utilizzano molteplici telescopi distribuiti su una superficie molto estesa, in modo da coprire il cono di luce prodotto dalla cascata: questo permette di determinare con maggior certezza la direzione da cui provengono i fotoni e la loro energia.


Ogni singolo telescopio non è fondamentalmente diverso da un telescopio ottico classico. La differenza principale è nella dimensione dello specchio: i due telescopi dell'esperimento MAGIC, per esempio, hanno un diametro di circa 17 metri ciascuno, mentre quello del telescopio che sarà costruito durante la prossima fase dell'esperimento H.E.S.S. è addirittura di oltre 20 metri! Naturalmente non si tratta di specchi monolitici, ovvero costituiti da un unico blocco, ma formati da tanti piccoli tasselli.

Molti e diversi sono gli oggetti astronomici che possono essere studiati grazie a questa tecnica: un esempio sono i getti di particelle emessi dai nuclei delle cosiddette galassie attive, che nascondono al loro interno un buco nero supermassiccio che divora la materia circostante, oppure le nebulose di particelle energetiche espulse dalle stelle quando, alla fine della loro vita, esplodono sotto forma di supernovae.

GIOVANNA PEDALETTI

Nell'immagine, i quattro telescopi che attualmente compongono l'esperimento H.E.S.S. nell'altopiano di Khomas, in Namibia. L'esperimento, pienamente operativo dal 2004, sarà arricchito nei prossimi anni con nuovi telescopi per ottenere prestazioni ancora migliori. (Credits: H.E.S.S. Collaboration)