Scritto: Giovedì, 15 Aprile 2021 14:40 Ultima modifica: Sabato, 17 Aprile 2021 06:03

Raggi X e Gamma dalla Crab Nebula


 Nuove importanti scoperte dall'estremo oriente sulla pulsar più famosa e nella regione a maggiore energia delle onde elettromagnetiche.

Rate this item
(2 votes)
Immagine Hubble della Nebulosa del Granchio (righe di ossigeno e zolfo) Immagine Hubble della Nebulosa del Granchio (righe di ossigeno e zolfo) Credit: NASA, ESA, J. Hester and A. Loll (Arizona State University)

 Situata a circa 6500 anni luce di distanza nella costellazione del Toro, la Nebulosa del Granchio ospita una stella di neutroni che ruota 30 volte al secondo e che, alle lunghezze d'onda dei raggi X e delle onde radio, è tra le pulsar più luminose del cielo ed è anche una delle meglio studiate. Sia la nebulosa che la pulsar si sono formate in una esplosione di supernova, la cui luce ha raggiunto la Terra nel luglio del 1054.

 Due recenti, importanti studi hanno messo in evidenza le caratteristiche sorprendenti su questa stella di neutroni. Il primo ha fatto uso dello strumento NICER installato sulla ISS mentre l'altro è opera di un osservatorio di raggi gamma estremamente energetici nel Tibet.

 

Impulsi giganti nei raggi X

 Su oltre 2800 pulsar catalogate, quella situata nel cuore della Crab Nebula è una delle poche che emettono impulsi radio giganti"Si tratta di picchi che si verificano sporadicamente e possono essere centinaia o migliaia di volte più luminosi degli impulsi regolari", ha detto lo scienziato giapponese Teruaki Enoto dell'Istituto Riken. "Dopo decenni di osservazioni, solo il Granchio ha dimostrato di aumentare i suoi giganteschi impulsi radio anche in altre parti dello spettro".

 Il nuovo studio, apparso su Science e disponibile online, ha analizzato la più grande quantità di dati simultanei a raggi X e radio mai raccolti da una pulsar, estendendo la gamma di energia osservata associata a questo fenomeno di intensificazione di migliaia di volte. Tra l'agosto 2017 e l'agosto 2019, Enoto e i suoi colleghi hanno osservato ripetutamente la pulsar del Granchio, utilizzando sia due radiotelescopi in Giappone, sia lo strumento "Neutron star Interior Composition Explorer" (NICER) della NASA, per osservare nei raggi X con energie fino a 10000 elettronvolt (10 keV). ll set di dati combinato ha fornito ai ricercatori quasi un giorno e mezzo di copertura simultanea di raggi X e radio, per un totale di 3,7 milioni di rotazioni della pulsar, includendo ben 26000 impulsi radio giganti.

Nicer ISS

Lo strumento NICER sulla ISS - Credits: NASA

 Gli impulsi giganti si manifestano rapidamente, aumentando in milionesimi di secondo e verificandosi in modo imprevedibile ma sempre in sincronia con le pulsazioni regolari. NICER ha la notevole capacità di registrare l'istante di arrivo di ogni fotone X entro 100 nanosecondi, ma questa elevata risoluzione temporale non è l'unico vantaggio: NICER è capace di osservare sorgenti di raggi X quasi quattro volte più luminose della emissione combinata della pulsar e della sua nebulosa; quindi, come ha spiegato Zaven Arzoumanian della NASA, "gran parte delle osservazioni non sono state influenzate dalla sovrapposizione di eventi (in cui il rilevatore conta due o più raggi X come un singolo evento) e da altri problemi che hanno complicato le analisi precedenti".

Nicer Crab lightcurve

Il profilo medio degli impulsi emessi periodicamente dalla pulsar, registrato da NICER nell'arco di oltre 13 minuti. - Credits: NASA’s Goddard Space Flight Center/Enoto et al. 2021 - Processing: Marco Di Lorenzo

 Il team di Enoto ha così scoperto che, in corrispondenza di impulsi radio giganti, c'è stato un aumento di circa il 4% nel flusso dei raggi X, notevolmente simile all'aumento del 3% della luce visibile, scoperto nel 2003. Rispetto alla differenza di luminosità tra gli impulsi regolari e giganti del Granchio, questi cambiamenti appaiono piccoli e la loro spiegazione rappresenta una sfida per i modelli teorici.

 Queste osservazioni suggeriscono che gli impulsi giganti siano una manifestazione dei processi sottostanti che producono emissioni che attraversano lo spettro elettromagnetico; poiché i raggi X sono milioni di volte più energetici delle onde radio, anche un modesto aumento rappresenta un grande contributo energetico. I ricercatori concludono infatti che l'energia totale emessa associata a un impulso gigante è da dozzine a centinaia di volte superiore a quella stimata in precedenza dai soli dati radio e ottici.

 "Ancora non capiamo come o dove le pulsar producano la loro complessa ed ampia emissione, ma è gratificante aver contribuito con un altro tassello al puzzle di questi affascinanti oggetti", ha detto Enoto.

 

Pevatroni tibetani

 L'altro studio viene invece da un osservatorio di raggi cosmici, il Tibet ASγ experiment realizzato dai cinesi presso Yangbajing, ad oltre 4300 metri di altezza. Questa struttura, inaugurata 30 anni fa ed in continua espansione, utilizza ben 700 scintillatori distribuiti su un'area di quasi 66 km2 per rivelare sciami atmosferici di particelle, generati da raggi cosmici che penetrano nell'alta atmosfera.  Per distinguere gli sciami di particelle indotti dai raggi gamma da eventi simili prodotti dai raggi cosmici, l'osservatorio contiene anche una serie di 64 rivelatori sotterranei di muoni. A causa del differente processo di decadimento, infatti, gli eventi indotti dai raggi gamma contengono molti meno muoni.

TibetParticleObservatory

L'osservatorio di raggi cosmici, su un altopiano del Tibet; sullo sfondo a sinistra, le cime di Nyainqentanglha e Tanglha, oltre i 7000 metri slm - Credits: Institute of High Energy Physics of the Chinese Academy of Sciences

 Grazie alla discriminazione dei muoni, un team sino-nipponico è riuscito a sopprimere il 99,92% del fondo di raggi cosmici. Come risultato, essi hanno individuato 24 eventi presumibilmente prodotti da fotoni gamma con energie E > 100 TeV (1014 eV) provenienti dalla Crab Nebula, un segnale decisamente significativo perchè 5,5 più intenso del fondo. Si tratta della prima, storica rivelazione di una sorgente a queste energie, almeno 14 volte più grandi di quelle raggiunte dai protoni nel più grande acceleratore al mondo, LHC del CERN, avvicinandosi alla fatidica soglia del Peta-elettronVolt (1015 eV), da cui il termine "Pevatron".

 "Questo è davvero come cercare un ago in un pagliaio", spiega il giapponese Kazumasa Kawata, un membro del team, aggiungendo che le nuove osservazioni supportano l'idea che i raggi cosmici ad altissima energia pervadano la galassia, vagando per milioni di anni prima di raggiungerci. "I fotoni di raggi gamma sub-PeV che rileviamo potrebbero essere come le impronte fossili di dinosauri estinti", afferma Masato Takita, un altro membro del gruppo Tibet ASγ.

Tibet Crab Spektre

 A sinistra, esempio di sciame atmosferico causato da un raggio gamma da 250 TeV, e registrato da ASγ experiment (i colori indicano il tempo di arrivo, dal quale si è ricavata la direzione di provenienza del progenitore, indicata dalla la freccia rossa) - A destra, spettro dei raggi gamma emessi dalla Crab Nebula, realizzato da diversi osservatori e arricchito dalle ultime misure tibetane. - Credits: M.Amenomori et al.- Improvement: Marco Di Lorenzo

 I risultati del Tibet confermano che i PeVatrons esistono nella nostra galassia. Ma cosa sono? I resti di supernova sono sempre stati un candidato popolare, ma regioni di formazione stellare, il buco nero al centro galattico e le pulsar energetiche sono altre opzioni praticabili. Alcuni raggi gamma leggermente meno energetici dei precedenti (0,1 PeV) risultano in effetti provenire dal Cygnus Cocoon, una super-bolla che circonda una massiccia regione di formazione stellare.

Cygnus Cocoon Tibet

La massiccia regione di formazione stellare di Cygnus Cocoon. L'ombreggiatura colorata mostra la sorgente dei fotoni con energie fino a o.1 PeV.
Credits: IFJ PAN / HAWC

 Gli scienziati non vedono l'ora di confermare i risultati di altre strutture, come il Large High Altitude Air Shower Observatory (che sarà completato entro la fine dell'anno in Cina), il futuro Cherenkov Telescope Array (con più di 100 telescopi a La Palma e nel nord del Cile) e il Southern Wide-field Gamma-ray Observatory (SWGO) che i fisici sperano di costruire in Sud America.

 Combinando i dati di tutti questi esperimenti, stiamo iniziando ad ottenere una visione completa di come appare la nostra galassia alle più alte energie, in una regione completamente inaccessibile fino a soli 5 anni fa.

TibetGammap

Mappa del cielo in coordinate galattiche, i pallini rossi indicano la direzione di provenienza dei raggi gamma ultra-energetici diffusi, le aree grigie sono aree non osservabili - Credits: APS; Background (atomic hydrogen distribution): HEASARC / LAMBDA / NASA / GFSC - Processing: Marco Di Lorenzo

 

 

Letto: 97 volta/e Ultima modifica Sabato, 17 Aprile 2021 06:03

Ti è piaciuto questo articolo?

Seguici anche su Google News

Marco Di Lorenzo (DILO)

Sono laureato in Fisica e insegno questa materia nelle scuole superiori; in passato ho lavorato nel campo dei semiconduttori e dei sensori d'immagine. Appassionato di astronautica e astronomia fin da ragazzo, ho continuato a coltivare queste passioni sul web, elaborando e pubblicando numerose immagini insieme al collega Ken Kremer. E naturalmente amo la fantascienza e la fotografia!

https://www.facebook.com/marco.lorenzo.58 | Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo.

Gli ultimi articoli di Marco Di Lorenzo (DILO)

Lascia un commento

I campi con l'asterisco (*) sono obbligatori. Il codice HTML non è abilitato.

Seguici!

Newsletter

Abilita il javascript per inviare questo modulo

Immagine del giorno

NEO news

NEO News

Ultimo aggiornamento: 7 Maggio 2021. Notizie e aggiornamenti sugli asteroidi che passano vicini a noi, sulla...

StatisticaMENTE

COVID-19 update

COVID-19 update

Periodico aggiornamento sulla curva di contagio in...

Perseverance odometry

Perseverance odometry

I progressi del quinto rover NASA su Marte (aggior...

Insight statistics

Insight statistics

[aggiornato al 4/5 - Sol 864] - Meteorol...

ISS height

ISS height

Aggiornamento del 4 Maggio [Last update: ...

HST orbit

HST orbit

Aggiornamento del 4 Maggio [Last update:...

Curiosity odometry

Curiosity odometry

Aggiornato il 19 Aprile [updated on 04/1...

OSIRIS REx operations

OSIRIS REx operations

Aggiornato il 8/4/21. Le manovre della sonda ...

[LIBRO] Con la Cassini-Huygens nel sistema di Saturno

Con la Cassini-Huygens nel sistema di Saturno di Elisabetta BonoraLa pubblicazione ripercorre le gesta della missione interplanetaria NASA / ESA / ASI Cassini–Huygens, che esplorò Saturno e le sue lune dal 2004 al 2017. Le principali fasi del progetto, del lungo viaggio durato sette anni e della missione ultradecennale sono raccontate con semplicità e passione allo scopo di divulgare e ricordare una delle imprese spaziali robotiche più affascinanti ideate dall’uomo. Le meravigliose foto scattate dalla sonda nel sistema di Saturno, elaborate e processate dall’autrice, sono parte centrale della narrazione. Immagini uniche che hanno reso popolare e familiare un angolo remoto del nostro Sistema Solare. 244 pagine.

Acquista