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L'UNIVERSO INVISIBILE

GLAST FERMI al lavoro in orbita

GLAST porta il nome di un italiano

Enrico Fermi Il nuovo osservatorio orbitale della NASA, il Gamma Ray Large Area Space Telescope o GLAST, è stato rinominato col nome di Fermi Gamma Ray Space Telescope in onore al prof. Enrico Fermi, scienziato Italiano e pioniere della ricerca in fisica nucleare e fisica delle particelle. Fermi, che venne insignito del premio Nobel per la fisica nel 1938, è stato il primo scienziato a suggerire un possibile meccanismo di accelerazione dei raggi cosmici.

 

La prima luce del telescopio spaziale Fermi

E´ un momento magico per l´astrofisica delle alte energie. Dopo gli ottimi risultati della missione italiana Agile, adesso è in orbita perfettamente funzionante GLAST (Gamma-ray Large Area Space Telescope) una missione della NASA con una importante partecipazione Italiana frutto della collaborazione tra Agenzia Spaziale Italiana (ASI), Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) ed Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF). GLAST si compone di due strumenti: il LAT (Large Area Telescope), il telescopio gamma al quale ha contribuito l´Italia, ed il GBM (Gamma-ray Burst Monitor), dedicato allo studio dei lampi gamma. Il LAT è una specie di fratello maggiore di Agile.

Utilizza la stessa tecnologia basata sui rivelatori al silicio, ma l´area sensibile per la raccolta dei fotoni è moltiplicata per 16. Come si vede dalla figura 1, il rivelatore di raggi gamma è composto da 16 tasselli, in gergo si chiamano torri, ognuna delle quali è grossomodo equivalente ad Agile. Inoltre il tracciatore dei raggi gamma è completato da un massiccio calorimetro, capace di misurare l´energia di fotoni di decine di GeV, una cosa che Agile non pu&˛grave fare perché la sua natura di piccola missione ha implicato dei severi limiti nella massa dello strumento che hanno avuto ridotto drasticamente le dimensioni del calorimetro.

Lanciato l䙛 luglio da Cape Canaveral, Glast ha completato il periodo di test e di calibrazione in orbita ed ha iniziato la sua attività osservativa che è stata programmata per fornire un´immagine completa del cielo ogni 3 ore, corrispondenti a due orbite. La direzione di puntamento del satellite descrive delle lente oscillazioni, di ampiezza di circa 30░, intorno allo zenit, evitando sempre la fastidiosa ingerenza della terra, la cui atmosfera, colpita dai raggi cosmici è una sorgente di raggi gamma. Lo strumento e la strategia di osservazione sembrano funzionare benissimo, a giudicare dall´immagine del cielo gamma ottenuta nei primi 4 giorni di attività (figura). Un´immagine che conferma i risultati ottenuti da Agile e fa intuire la potenza del nuovo strumento. Il cielo gamma è popolato dai soliti noti, ma il dettaglio dell´immagine è decisamente migliore di quanto fosse disponibile fino ad ora. La grande area sensibile, unita alla possibilità di sfruttare i fotoni di alta energia (che vengono ricostruiti con maggiore precisione dallo strumento) permettono di vedere il cielo gamma con una migliore risoluzione angolare, permettendo di posizionare meglio le sorgenti. E´ questa una caratteristica fondamentale di Glast che sarà di grande aiuto nella risoluzione del problema delle sorgenti gamma non identificate.

La prima luce del telescopio Fermi

 

La prima luce del telescopio Fermi

Durante la conferenza stampa dedicata alla presentazione dei dati della prima luce di Glast, la NASA ha annunciato la decisione di dedicare il nuovo strumento ad Enrico Fermi un grande della fisica la cui figura ha un significato particolare sia per l´Italia, dove si è formato e ha condotto gli studi che l´hanno portato al premio Nobel, sia per gli Stati Uniti, dove è emigrato dopo le leggi razziali che avrebbe potuto colpire la moglie e dove ha messo a punto e fatto funzionare, prima, la pila atomica e, poi, la bomba. A Fermi, insuperato fisico delle particelle, è dedicato nei pressi di Chicago il Fermilab, un importantissimo centro di fisica fondamentale. Mentre è evidente l´attinenza dell´attività di Fermi con quelle del Fermilab, viene da chiedersi quale sia la relazione tra Fermi e l´astrofisica delle alte energie. E´ una domanda che ci riporta all´inizio del 𬊤 quando i raggi cosmici permettevano ai fisici di scoprire, una dopo l´altra, le particelle elementari. Questa pioggia di particelle di alta energia che bombarda continuamente la Terra è stata per lungo tempo la sorgente pi&¨grave facilmente disponibile di materia prima per gli esperimenti dei fisici, facendo avanzare di pari passo la fisica delle particelle e la fisica cosmica. Ai raggi cosmici, per&˛grave, non si comanda, non si pu&˛grave scegliere il tipo di particella o la sua energia: bisogna prendere quello che viene. Per questo negli anni 䙸 i fisici cominciarono a costruire gli acceleratori, macchine capaci di accelerare un certo tipo di particelle ad una certa energia. Fermi, come tutti i fisici delle particelle della sua generazione, era affascinato dai raggi cosmici. In particolare lo stupiva l´energia elevatissima che potevano raggiungere queste particelle, energie ben superiori alle capacità degli acceleratori. Cosa poteva essere così efficiente ad accelerare particelle nelle profondità del cosmo? Fermi sapeva che sono necessari campi magnetici, ma, nello spazio, non ci possono certo essere i potenti magnetici che convogliano i flussi di particelle nei grandi acceleratori. Fermi pens&˛grave di sfruttare i movimenti del mezzo interstellare per formare tanti piccolissimi magneti la cui azione integrata potesse fare guadagnare energia alle particelle. Le onde d´urto comprimono il mezzo interstellare e, insieme al gas, viene compresso il debolissimo campo magnetico associato, formando quelli che i fisici chiamano specchi magnetici. Le particelle cariche muovendosi nel mezzo interstellare incontrano questi filamenti di gas e campo magnetico in movimento. Si tratta di una specie di ping pong cosmico: la pallina è la particella mentre le racchette sono le onde d´urto che attraversano il mezzo interstellare. Quando la pallina attraversa l´onda d´urto riceve una racchettata in una direzione casuale. Pu&˛grave essere spinta avanti, guadagnando energia, oppure tornare indietro, perdendo energia. Fermi calcol&˛grave che le spinte in avanti erano pi&¨grave probabili di quelle indietro e questo permetteva alla particella di guadagnare energia. La teoria è del 1949 e, da allora, resiste alle tutte le verifiche ed è diventata un capitolo fondamentale dei corsi di astrofisica. La teoria funziona particolarmente bene nei resti di supernove dove i filamenti compressi hanno un movimento ordinato e non caotico come nel mezzo interstellare. Per questo motivo i resti di supernova sono considerati l´ambiente ideale per accelerare i raggi cosmici che popolano la nostra galassie. Mentre è ovvio che il ragionamento si debba applicare anche a tutte le altre galassie, noi sappiamo che la grande maggioranza dei raggi cosmici sono di origine galattica, e quindi ci concentriamo sulla nostra galassia.

La pulsar nella costellazione delle vede ripresa da Fermi-GLASTI raggi cosmici così accelerati viaggiano a velocità prossime a quelle della luce e possono colpire il gas di idrogeno neutro che disegna il piano della nostra galassia. Da questo scontro hanno origine raggi gamma di alta energia, quelli che vengono rivelati da GLAST. Ecco chiarito il rapporto tra il genio di Enrico Fermi e una missione di astronomia gamma. La scelta del nome vuole anche riconoscere il grande contributo dei fisici delle particelle a questa missione di astrofisica. Così come in Italia l´ASI ha lavorato con INFN ed INAF, negli USA, la NASA ha lavorato con il DoE (Department of Energy) e la stessa cosa è avvenuta in Francia ed in Giappone. In effetti, si tratta di un nuovo, profondo legame tra la fisica delle particelle e l´astrofisica che hanno scoperto di avere molti problemi in comune. E´ nato un nuovo filone di ricerca che prende il nome di Astroparticelle. Oltre ai raggi cosmici, c´è il mai risolto problema della materia oscura coniugato con quello ancora pi&¨grave spinoso dell´energia oscura. Oltre allo studio del pulsar, dei buchi neri, delle galassie attive, sono anche queste le sfide per una missione come Fermi-Glast.

 

 

 

Scarica il filmato di Fermi-GLAST in 3 dimensioni

 

Scarica il filmato di funziamento del LAT

 

 

Scarica il filmato della sfera celeste nei raggi Gamma ottenuta nei primi 4 giorni dal telescoio Fermi-GLAST

 

 

scarica l´animazione della rotazione di una stella di neutroni

 

Scarica il filmato della pulsa nella costellazione delle Vele ripresa da Fermi-GLAST

 

 

Articolo sulla dedica ad Enrico Fermi (P. Caraveo - Il sole 24 ore)

 

 

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