Nel 2010, gli astronomi che hanno lavorato con il telescopio spaziale a raggi gamma Fermi annunciarono la scoperta di due gigantesche macchie. Queste macchie erano centrate sul nucleo della galassia della Via Lattea, ma si estendevano sopra e sotto il piano della nostra casa galattica per oltre 25.000 anni luce. Le loro origini sono ancora un mistero, ma sappiamo che stanno emettendo abbondanti quantità di radiazioni ad alta energia.
Più di recente, l’array IceCube in Antartide ha individuato 10 neutrini ad alta energia super-duper provenienti dalle bolle, portando alcuni astrofisici a ipotizzare che siano in corso alcune interazioni subatomiche pazze. Il risultato finale: le bolle di Fermi sono ancora più misteriose di quanto pensassimo.
Due gigantesche chiazze di gas caldo
Non è facile realizzare grandi sfere di gas caldo. Per cominciare, hai bisogno di energia, e molta. Il tipo di energia che può diffondere gas caldo a una distanza di oltre 25.000 anni luce non si trova facilmente in una galassia tipica. Tuttavia, l’orientamento peculiare delle Bolle di Fermi – che si estende uniformemente sopra e sotto il nostro centro galattico – è un indizio forte di un possibile legame con il buco nero supermassiccio centrale, noto come Sagittario A *.
Forse milioni di anni fa, Sag A * (il nome più comune per il nostro gigantesco buco nero) Ha mangiato un pasto gigante e ha avuto un brutto caso di indigestione, con del materiale che, riscaldandosi, agitato da una complicata danza di forze elettriche e magnetiche, è riuscito a sfuggire alle grinfie dell’orizzonte degli eventi prima di caderci dentro.
Quel materiale, energizzato oltre ogni immaginazione, corse via dal centro della galassia, cavalcando getti di particelle accelerate quasi alla velocità della luce. Mentre fuggivano in salvo, queste particelle si diffusero e si diradarono, ma mantennero il loro stato energetico fino ai giorni nostri.
O, forse, una stella ha vagato troppo vicino a Sag A * ed è stata fatta a brandelli, rilasciando tutta la sua potente energia gravitazionale in un singolo episodio violento, portando alla formazione delle bolle.
Ma, magari, le bolle non hanno nulla a che fare con Sag A *, ma tra la moltitudine di stelle nel nucleo, forse dozzine o centinaia di quelle stelle densamente impacchettate, sono diventate supernova nello stesso momento, espellendo questi pennacchi di gas oltre i confini della galassia.
O forse nessuna delle ipotesi precedenti è giusta.
Non importa cosa sono e da dove provengono, le bolle sono qui, sono grandi e non le capiamo.
Radiazioni Gamma e neutrini
Non è possibile vedere le bolle di Fermi a occhio nudo. Nonostante le loro alte temperature, il gas al loro interno è incredibilmente sottile, rendendole quasi invisibili. Ma qualcosa al loro interno è in grado di produrre il tipo di luce più potente che ci sia: i raggi gamma, ovvero il modo in cui il team di Fermi li ha individuati.
Pensiamo che i raggi gamma siano prodotti all’interno delle bolle dai raggi cosmici, che sono essi stessi particelle di alta energia. Quelle particelle, per lo più elettroni, ma probabilmente anche alcuni tipi più pesanti emettono raggi gamma distintivi.
Ma i raggi gamma non sono le uniche cose che le particelle ad alta energia possono produrre. A volte i raggi cosmici interagiscono tra loro, eseguono alcune complicate danze subatomiche di materia ed energia e rilasciano un neutrino, una particella quasi senza massa che interagisce con altre particelle solo attraverso la forza nucleare debole (il che significa che quasi mai interagisce con la materia normale).
L’osservatorio IceCube, situato nel polo sud geografico, utilizza un chilometro cubo di puro ghiaccio d’acqua antartico come rivelatore di neutrini: ogni tanto, un neutrino ad alta energia che passa attraverso il ghiaccio interagisce con una molecola d’acqua, creando un reazione a catena simile al domino che porta a una pioggia di particelle più familiari e ad un lampo rivelatore di luce.
A causa della natura dei suoi rivelatori, IceCube non è il massimo quando si tratta di individuare l’esatta posizione di origine di un neutrino. Ma ad oggi, ha trovato 10 di questi piccoli fantasmi che provengono approssimativamente dalla direzione delle due bolle di Fermi.
È una coincidenza?
Inoltre, in qualche modo i raggi cosmici stanno producendo raggi gamma, anche se non sappiamo esattamente come. Forse potremmo essere fortunati: forse c’è un solo insieme di interazioni all’interno delle Bolle che produce sia raggi gamma che il giusto tipo di neutrini che possono essere rilevati da IceCube. Sarebbe un grande passo avanti nello spiegare la fisica delle Bolle stesse e fornirci un indizio enorme sulle loro origini.
Di recente, un team di ricercatori ha analizzato i dati disponibili, aggiungendo anche i risultati del nuovo rivelatore Cherenkov operativo ad alta altitudine (un telescopio a raggi gamma terrestre), e ha combinato queste informazioni con vari modelli teorici per le bolle, cercando per la giusta combinazione.
In uno dei possibili scenari, i protoni all’interno delle Bolle di tanto in tanto si scontrano e producono pioni, che sono particelle esotiche che rapidamente decadono in raggi gamma. In un altro, il diluvio di elettroni ad alta energia nelle Bolle interagisce con la radiazione sempre presente dello sfondo cosmico a microonde, aumentando alcuni fotoni fortunati nel regime gamma. In un terzo, le onde d’urto ai bordi esterni delle Bolle usano campi magnetici per guidare particelle locali ma letargiche a velocità elevate, che iniziano quindi a emettere raggi cosmici.
Ma gli autori di questo studio non sono riusciti a trovare nessuno scenario (o alcuna combinazione di questi scenari) in grado di adattarsi a tutti i dati.
In breve, non sappiamo ancora cosa provochi l’emissione dei raggi gamma dalle Bolle, se davvero le Bolle producano neutrini o, innanzitutto, cosa abbia creato le Bolle. Ma è esattamente così che si fa la scienza: raccogliere dati, escludere ipotesi e proseguire.
Fonte: Space.com
