"È una scoperta del tutto fortuita", ha detto nel comunicato Alexander Kashlinsky, cosmologo dell'Università del Maryland e del Goddard Space Flight Center della NASA, che ha presentato la ricerca al 243esimo incontro dell'American Astronomical Society a New Orleans. “Abbiamo trovato un segnale molto più forte e in una parte diversa del cielo, rispetto a quello che stavamo cercando”.
Si tratta di "una caratteristica inaspettata e ancora inspiegabile al di fuori della nostra galassia", ha scritto Francis Reddy del Goddard Space Flight Center della NASA.

Curiosamente, il segnale dei raggi gamma si trova in una direzione simile e con una grandezza quasi identica a un’altra caratteristica inspiegabile, prodotta da alcune delle particelle cosmiche tra le più energetiche mai rilevate.

Fermi è un telescopio spaziale di grande area per lo studio della radiazione elettromagnetica emessa da corpi celesti nell'intervallo di energie tra 8 keV e 300 GeV (raggi gamma),spesso associata alle esplosioni stellari.

L'articolo che descrive questi risultati è stato pubblicato sul The Astrophysical Journal Letters.


Una scoperta casuale

Il team stava cercando una caratteristica dei raggi gamma correlata alla CMB (Cosmic Microwave Background , o radiazione cosmica di fondo), la luce più antica dell’universo. 

Gli scienziati affermano che la CMB ha avuto origine quando l’universo caldo e in espansione si è raffreddato abbastanza da formare i primi atomi, un evento che ha rilasciato un’esplosione di luce che, per la prima volta, ha potuto permeare il cosmo. Allungata dalla successiva espansione dell'universo negli ultimi 13 miliardi di anni, questa luce è stata rilevata per la prima volta sotto forma di deboli microonde in tutto il cielo nel 1965.

Negli anni '70 del secolo scorso, gli astronomi si resero conto che la CMB aveva una cosiddetta struttura a dipolo, che fu successivamente misurata con alta precisione dalla missione COBE (Cosmic Background Explorer) della NASA. La CMB è circa lo 0,12% più calda con più microonde della media verso la costellazione del Leone e, più fredda della stessa quantità con meno microonde della media nella direzione opposta. Ma, per poter studiare le minuscole variazioni di temperatura all’interno della CMB, questo segnale deve essere rimosso quindi è essenziale comprenderne la vera natura e dimensione, spiega la NASA.

Gli astronomi generalmente considerano tale modello come risultante del movimento del nostro Sistema Solare rispetto alla CMB a circa 370 chilometri al secondo. Tuttavia, questo movimento può dare origine a un segnale di dipolo nella luce proveniente da altre sorgenti astrofisiche ma finora la CMB è l'unica ad essere stata misurata con precisione. Cercando lo schema in altre forme di luce, gli scienziati potrebbero confermare o smentire l’idea che il dipolo sia dovuto interamente al movimento del nostro Sistema Solare.

“Una tale misurazione è importante perché un disaccordo con le dimensioni e la direzione del dipolo della CMB potrebbe fornirci uno sguardo sui processi fisici che operano nell’universo primordiale, potenzialmente indietro nel tempo a quando aveva meno di un trilionesimo di secondo”, ha detto il coautore Fernando Atrio-Barandela, professore di fisica teorica all’Università di Salamanca in Spagna.

Il team riteneva, quindi, che sommando molti anni di dati provenienti dal LAT (Large Area Telescope) di Fermi, che scansiona l’intero cielo molte volte al giorno, si sarebbe potuto rilevare un modello di emissione di dipolo correlato nei raggi gamma. Grazie agli effetti della relatività, il dipolo dei raggi gamma sarebbe dovuto risultare amplificato fino a cinque volte rispetto alla CMB attualmente rilevata.

Gli scienziati hanno quindi combinato 13 anni di osservazioni Fermi LAT di raggi gamma superiori a circa 3 miliardi di elettronVolt. GeV (per confronto, la luce visibile ha energie comprese tra circa 2 e 3 elettronVolt). Hanno rimosso tutte le fonti risolte e identificate e hanno rimosso il piano centrale della nostra galassia, la Via Lattea, per analizzare lo sfondo dei raggi gamma extragalattici.

"Abbiamo trovato un dipolo di raggi gamma ma il suo picco si trova nel cielo meridionale, lontano dalla radiazione cosmica di fondo, e la sua magnitudine è 10 volte maggiore di quella che ci aspetteremmo dal nostro movimento", ha detto il coautore Chris Shrader, astrofisico. alla Catholic University of America di Washington e al Goddard. “Anche se non è quello che stavamo cercando, sospettiamo che possa essere correlato a una caratteristica simile segnalata per i raggi cosmici a più alta energia”.

I raggi cosmici sono particelle cariche accelerate, principalmente protoni e nuclei atomici. Le particelle più rare ed energetiche, chiamate UHECR (ultrahigh-energy cosmic rays), trasportano più di un miliardo di volte l'energia dei raggi gamma da 3 GeV e le loro origini rimangono uno dei più grandi misteri dell'astrofisica.

La scoperta del team di Kashlinsky potrebbe essere collegata un dipolo nella direzione di arrivo degli UHECR segnalato dall’Osservatorio Pierre Auger in Argentina nel 2027.
Gli astronomi ritengono che i due fenomeni potrebbero avere origine da un'unica fonte non identificata, data la loro struttura simile. Per trovare una risposto, il prossimo passo è identificare la fonte o le fonti o trovare spiegazioni alternative per entrambe le caratteristiche.