Quasar, acceleratori naturali di particelle

Sulla Terra negli ultimi decenni sono stati realizzati giganteschi acceleratori di particelle per scoprire i segreti della materia. Queste macchine, seppur potenti, non possono rivaleggiare con oggetti come i Quasar, potenti “acceleratori naturali di particelle”
Quasar è la contrazione di “sorgente radio quasi stellare“. La loro scoperti negli anni ’50, fu a causa delle inspiegabili emissioni in banda radio. Dato che nelle immagini apparivano come punti luminosi simili a stelle, sono stati etichettati come fonti radio quasi stellari. Tuttavia un Quasar è molto diverso da una stella, è in realtà un nucleo galattico attivo (AGN) estremamente luminoso.
Un AGN è la regione centrale compatta ricca di stelle, polveri e gas di una galassia. L’intensa luminosità emessa da un AGN non proviene dalla luce delle stelle, ma da qualcos’altro.
La maggior parte delle galassie di grandi dimensioni, probabilmente tutte, hanno al loro centro un buco nero super massiccio (SMBH). Intorno a quel buco nero ruota un disco di accrescimento di materiale attirato in quella regione dalla potente attrazione gravitazionale generata dal buco nero stesso.
Il materiale nel disco rotante viene accelerato a velocità prossime a quella della luce. Mentre accelera, si riscalda e inizia a emettere radiazione. Gli AGN sono gli oggetti più luminosi che conosciamo. E i quasar sono i nuclei galattici attivi più potenti in natura. Gli astronomi hanno osservato l’intensa radiazione elettromagnetica dei quasar su tutto lo spettro, dalle onde radio fino ai raggi gamma.
Un nuovo studio ha preso in esame l’energia proveniente dai quasar. I ricercatori si sono concentrati sulle emissioni energetiche più elevate, i raggi gamma, e hanno scoperto che la fonte delle loro emissioni non si limita alla sola regione centrale e al disco di accrescimento. Al contrario, le emissioni di raggi gamma provengono anche dai getti di plasma lunghi migliaia di anni luce che si estendono all’esterno dalla regione centrale.
Il nuovo studio è intitolato: “Risolvere l’accelerazione a energie molto elevate lungo il getto di Centaurus A“. È stato realizzato dalla HESS Collaboration, un gruppo di oltre 200 ricercatori provenienti da 13 paesi. L’articolo è stato pubblicato sulla rivista Nature.
Centaurus A, chiamato anche NGC 5128, è la galassia radio a noi più prossima, quindi il suo AGN è stato studiato in maniera approfondita. È un oggetto molto luminoso, anche gli astronomi dilettanti lo conoscono bene. I dettagli della sua struttura sono piuttosto conosciuti. Tuttavia i risultati di questo nuovo studio pongono nuove domande per la nostra comprensione dei quasar.
I raggi gamma sono fotoni ad altissima energia. Osservarli è la chiave per studiare oggetti estremamente energici come i quasar. HESS invece sta per sistema stereoscopico ad alta energia. È composto da una schiera di antenne situate in Namibia e studia l’astrofisica dei raggi gamma ad altissima energia (VHE). Per questo lavoro, HESS ha trascorso più di 200 ore osservando Centaurus A ad alta risoluzione. I ricercatori sono stati in grado sia di studiare la traiettoria dei getti di plasma, sia di identificare la fonte della radiazione ad alta energia.
Grazie alle antenne di HESS, i ricercatori hanno scoperto che la radiazione gamma non viene rilasciata solamente dalla regione centrale della galassia, nei pressi del buco nero e dal suo disco di accrescimento, ma anche dai getti. E quei getti si estendono nello spazio per migliaia di anni luce. Ciò significa che l’accelerazione delle particelle non è limitata al disco di accrescimento di un quasar, ma che gli stessi getti si comportano come veri e propri acceleratori di particelle, lunghi migliaia di anni luce.
Un risultato di questo studio è che questi getti, e la loro radiazione ad alta energia, possono essere la fonte di una quantità sostanziale dei raggi gamma di fondo nell’Universo.
Ci sono molte radio galassie nell’universo. Se ulteriori ricerche dimostreranno che anche altri quasar emettono radiazioni gamma da getti relativistici dalla lunghezza di migliaia di anni luce, ciò spiegherebbe la fonte della radiazione gamma di fondo dell’Universo. HESS è attualmente l’osservatorio dei raggi gamma più sensibile a disposizione dei ricercatori. Ma presto, l’array di telescopi Cherenkov (CTA) sarà pienamente operativo. Tale struttura consentirà osservazioni ancora più dettagliate di Centaurus A e di molti altri quasar.
Normalmente, i raggi gamma non sono osservabili dalla Terra, a osservarli sono gli osservatori spaziali come il telescopio spaziale a raggi gamma Fermi. Ma HESS e l’array CTA adottano un approccio diverso. Sia HESS che il Cherenkov Telescope Array misurano il fenomeno delle radiazioni Cherenkov. Quando i raggi gamma ad alta energia colpiscono l’atmosfera terrestre, a volte producono coppie elettrone / positrone con velocità estremamente elevate. Quelle particelle emettono quella che viene chiamata radiazione di Cherenkov se la loro velocità è maggiore della luce stessa nel mezzo dell’atmosfera.
Fonte: Universe Today