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L'UNIVERSO INVISIBILE

Astronomia gamma

Il cielo visto attraverso i raggi gamma

 

Come l'osservazione X anche l'osservazione del cielo nei raggi Gamma permette di studiare i fenomeni violenti e altamente energetici del cielo. Purtroppo le lunghezze d'onda e le energie dei fotoni gamma sono tali da impedire con qualunque mezzo una loro focalizzazione. Per questo i "telescopi" a raggi gamma devono prendere a prestito tecniche della fisica delle particelle elementari per determinare la direzione di provenienza del fotone. Questa tecnica può funzionare soltanto a bordo di un satellite poichè la nostra atmosfera è opaca ai raggi gamma e fortunatamente ci ripara da essi. La tecnica di rivelazione dei raggi gamma è totalmente differente sia dalle tecniche tradizionali ottiche che da quelle X. La strumentazione negli ultimi anni ha compiuto passi da gigante e può risultare utile un confronto tra la vecchia generazione di strumenti e quella recente che sarà imbarcata sulle missioni Agile e Glast.

 

L'astronomia dell'impossibile

L'astronomia gamma è definita astrominia dell'impossibile a causa delle difficoltà da superare per poterla praticare. Negli anni '50 queste difficoltà parevano insormontabili e l'astronomia gamma impossibile da realizzare.

La grande sensibilità dei telescopi tradizionali è dovuta alla concetrazione su rivelatori di piccole dimensioni del segnale luminoso emesso dagli astri grazie all'impiego di grandi strutture. Questo approccio è impossibile nel dominio gamma: la superficie di raccolta si limita alla dimensioni del rivelatore e, per ottenere un numero di fotoni sufficiente, bisogna aumentare le dimensioni dell'elemento più complicato: il rivelatore. Seconda difficoltà propria dell'astronomia gamma è la scarsità di fotoni. Dal momento che ogni fotone trasporta una grande quantità di energia, a parità di energia emessa da un corpo celeste nelle diverse bande dello spettro elettromagnetico, i fotoni gamma saranno in quantità molto inferiore: sarà quindi necessario esporre i rivelatori per tempi molto più lunghi.

Il cielo gamma di EGRETLa necessità di utilizzare rivelatori nello spazio causa un piccolo problema supplementare: i rivelatori sono esposti ad intensi flussi di particelle cariche (più di una particella per cm2 per sec) che, interagendo con la materia del rivelatore, producono un gran numero di raggi gamma secondari che sono una delle sorgenti principale del rumore di fondo, estremamente difficile da attenuare. E' proprio il rumore di fondo il fattore limitante dell'astronomia gamma. La sensibilità delle osservazioni cresce solo con la radice quadrata dell'area del rivelatore. Perchè dunque ostinarsi a praticare un'astronomia così difficile dal punto di vista tecnico? L'astronomia gamma si presenta come il mezzo migliore, talvolta il solo, per scoprire e studiare gli oggetti celesti più energetici, quelli che giocano un ruolo chiave nell'evoluzione dell'universo.

Quali sono, dunque, gli oggetti celesti che emettono raggi gamma?

Raggi gamma 30MeVL'astronomia gamma di bassa energia esplora i siti astronomici dove regnano i processi che hanno luogo negli ambienti densi, come i plasmi che si concentrano nelle vicinanze delle stelle di neutroni o dei buchi neri stellari. L'astronomia gamma di bassa energia, inoltre, permette di fare la spettroscopia nucleare. L'astronomia gamma di più alta energia è generalmente legata a fenomeni che coinvolgono particelle relativistiche, nelle vicinanze di alcune stelle di neutroni così come in tutto il mezzo interstellare. annichilazione a 511 KeVRaggi gamma prodotti da particelle non termiche sono emessi nel corso di brillamenti solari così come dai potenti getti prodotti dai nuclei galattici attivi. Gli astronomi fanno anche molto affidamento sul grandissimo potere di penetrazione dei raggi gamma per esplorare regioni di cielo inaccessibili ad altre lunghezze d'onda, come, per esempio il centro della nostra galassia. Più in generale, l'universo nella sua totalità è particolarmente trasparente ai raggi gamma ad eccezione di quelli di altissima energia.

L'astronomia gamma nel passato

 

Il presente: INTEGRAL

Integral

 

Osservatorio IntegralIntegral è una missione dell'agenzia spaziale europea (ESA) lanciata nel 2002 e attualmente in orbita e perfettamente funzionante. La sua strumentazione è costituita due strumenti principali IBIS e SPI e due di supporto, attivi alle lunghezze d'onda X e ottiche. IBIS ottiene immagini con risoluzione di 12 primi d'arco nell'intervallo energetico tra 10 keV e 10 MeV, SPI è uno spettrometro gamma sensibile nella banda compresa tra 20 keV e 8 MeV ha la straordinaria risoluzione di 2,2 keV. Completano il parco strumenti anche un telescopio X chiamato Jem-X e un telescopio ottico chiamato OMC che avranno l'arduo compito di individuare le controparti ottiche delle sorgenti osservate.

Il compito di Integral è quello di studiare le principali sorgenti galattiche ed extragalattiche, in particolare le sorgenti definite "transienti". Si tratta di sorgenti che hanno una notevole variabilità nel tempo: per tale motivo Integral verrà utilizzato per effettuare survey del piano galattico programmate settimanalmente. L'elevata risoluzione spettrale di SPI consentirà di effettuare una mappa dettagliata della riga di annichilazione positrone-elettrone a 511 keV e di identificare la maggior parte delle righe in emissione dovute ai nuclei radioattivi presenti nei resti di supernovae.

 

 

A caccia dei lampi gamma con SWIFT

 

 

Agile

 

Agile è una piccola missione di astronomia gamma sviluppata dall'agenzia spaziale italiana ASI. Lanciato il 23 aprile 2007, Agile opera ad energie tra i 30 Mev e 30 GeV. Lo scopo di Agile è quello di studiare tutti i tipi di oggetti celesti che emettono raggi gamma, dalle pulsar ai buchi neri, dall'emissione diffusa ai Nuclei galattici attivi. La strumentazione di Agile è costituita da un telescopio operante nella banda tra 30 MeV e 30 GeV e da un dispositivo funzionante nei raggi X duri chiamato Superagile.

 

Sito ufficiale di Agile

 

filmato: AGILE 1 anno in orbita

 

 

Congratulazioni AGILE! - articolo di P. Caraveo - gentile concessione de "Le stelle" n64 luglio 2008

 

filmato del cielo ripreso da Agile (DVX)

 

GLAST

Glast Glast invece è la sigla per Gamma large area space telescope, si tratta di un vero salto di qualità nell'astronomia gamma . È una missione Nasa con ampia collaborazione internazionale. Ribattezzato Fermi dalla NASA in onore al grande fisico italiano, l'osservatorio GLAST stato lanciato l' 11 giugno 2008. La navicella è costituita da due strumenti: il LAT (Large Area Telescope) sensibile alla banda di energia tra 20 Mev e 300 GeV ; con la straordinaria risoluzione angolare di 0,15° LAT consentirà di studiare tutti gli oggetti celesti che emettono raggi gamma. Il GBM (Gamma Burst Monitor) consentirà di rilevare i Gamma Ray Burst; esso opera nella banda di energia tra 10 keV e 25 MeV e consentirà di stimare la posizione dell'esplosione con una risoluzione inferiore ad 1,5°.

 

Sito ufficiale di Glast

 

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