Lampi dal cosmo

Naturalmente dire che gli astronomi italiani dell’Istituto Nazionale di Astrofisica hanno risolto il mistero è un’affermazione un po’ forzata. Diciamo che hanno dato un contributo molto interessante, che può determinare una svolta nello studio di questo campo. Del resto nella ricerca scientifica risolto “un mistero” se ne apre un altro!

I raggi gamma sono onde elettromagnetiche del tutto simili alla luce visibile: l’unica differenza è che trasportano una quantità di energia milioni di volte superiore. Che i corpi celesti brillassero anche emettendo raggi gamma è una scoperta relativamente recente, che si deve allo sviluppo dell’era spaziale: i raggi gamma sono infatti assorbiti dall’atmosfera, dunque per rilevarli occorre piazzare un telescopio sopra l’atmosfera terrestre. È il caso per esempio di Integral, il telescopio spaziale dell’ESA e costruito dall’industria italiana AleniaSpazio, che è stato lanciato lo scorso ottobre. È lo sforzo più recente dell’ESA per contribuire agli studi in questo settore.

Verso la metà degli anni ’60, i satelliti americani Vela stavano conducendo una panoramica sul pianeta cercando di rivelare raggi gamma proveniente di esperimenti nucleari dell’ex-URSS. La sorpresa è stata grande quando hanno misurato raggi gamma non provenienti dalla Terra ma dallo spazio. Dei lampi: cioè un fiotto di radiazione gamma di durata molto breve.

Ma perché si parla di mistero? Cosa c’è di strano in questi lampi di raggi gamma?

Che cosa sono questi lampi? Da dove provengono? Non lo abbiamo saputo per anni. Il problema della determinazione della distanza era cruciale. Immagina di essere in una notte assolutamente buia e priva di stelle, sei stanco e non sai dove dirigerti. Ti mancano completamente punti di riferimento. E d’improvviso vedi una luce. Come fai a decidere se è una luce vicina oppure lontana? La sua luminosità non è sufficiente: potrebbe essere una lucciola a un metro di distanza oppure una finestra di una casa molto più distante.
Occorre cioè un punto di riferimento che ti permetta di misurare la distanza. E per i lampi di raggi gamma il problema era concettualmente lo stesso: a lungo ci siamo chiesti se si tratti di lampi molto luminosi e molto lontani oppure deboli e vicini. Il problema può essere risolto solo identificando gli oggetti celesti da cui proviene il lampo: e questo può essere fatto solo utilizzando telescopi sensibili a radiazioni differenti, come la luce visibile oppure i raggi X.

Nei suoi primi cinque mesi, per esempio, Integral ha rivelato cinque lampi di raggi gamma, che sono stati segnalati alla comunità astronomica nel giro di 30 minuti dal lampo. Questo ha consentito di osservare la medesima zona di cielo anche con altri telescopi, come per esempio XMM-Newton, anch’esso un telescopio spaziale dell’ESA che raccoglie i raggi X. Così facendo, negli anni passati, con il contributo fondamentale del satellite italiano Beppo-Sax, è stato dimostrato che i lampi di raggi gamma provengono da regioni lontanissime e che sono state prodotte quando l’universo aveva un terzo dell’età attuale, stimata in circa 13 miliardi di anni.

Ma da che cosa sono prodotti i lampi di raggi gamma?

Quel che appare sempre più evidente è che si tratta di esplosioni che rilasciano un’energia enorme. È molto probabile, e la scoperta italiana va in questa direzione, che siano collegati a certi tipi di supernova. Esplosioni cioè di stelle molto massicce che sono l’atto conclusivo della loro vita, quando non sono più possibili reazioni nucleari interne.

In questo caso la stella “collassa”, cioè implode, precipita su se stessa: ma questo non è un processo che può durare all’infinito. quando la densità al centro è abbastanza alta, gli strati che continuano a pioverci sopra improvvisamente rimbalzano, dando luogo a un’onda d’urto che “buca” gli strati esterni. L’energia fuoriesce sotto forma di radiazione luminosa. Che un evento di questo genere fosse alla base delle supernova storiche lo sapevamo da tempo. Quel che non era noto, invece, è che l’implosione e la successiva esplosione dessero luogo anche un’intensa emissione di raggi gamma.
Di fatto, sono veri e propri fari che ci mandano immagini di quando l’universo aveva un’età pari a circa un terzo di quella attuale. Studiando i raggi gamma, otteniamo ritratti dell’universo da giovane.

Quali sono le caratteristiche di Integral che lo rendono particolare rispetto agli altri telescopi per raggi gamma?

Integral è il primo telescopio in grado di osservare il cielo contemporaneamente nei raggi gamma, nei raggi X e nella luce visibile. Lo strumento principale, Ibis, che è operativo e pienamente funzionante, è costituito da una batteria di due rivelatori CCD, uno dei quali sviluppato presso l'Istituto di Tecnologie e Studio delle Radiazioni Extraterrestri di Bologna.

Questo gli consente di individuare la posizione di un corpo celeste con una precisione che non era mai stata raggiunta prima, paragonabile a quella che occorre per distinguere una persona in piedi a una distanza di un kilometro. Questo è fondamentale, perché consente di identificare l’emissione di un lampo di raggi gamma in una zona molto precisa di cielo e di non perdere tempo osservando fette di cosmo estranee al fenomeno.