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L'astronomia gamma

L'astronomia per secoli è stata fatta solo tramite osservazioni nella banda ottica, solo nel secolo scorso l'osservazione del cielo si è allargata a tutte le frequenze dello spettro elettromagnetico, grazie soprattutto allo sviluppo tecnologico e alla possibilità di portare strumenti al di fuori dell'atmosfera terrestre. Questo ha fornito una grandissima quantità di informazioni che si sono aggiunte alla conoscenza che si aveva dell'universo. L'universo infatti ci appare diverso a seconda della lunghezza d'onda che utilizziamo. Lo studio della radiazione X e gamma (cioè fotoni con energia maggiore di circa 1 keV) ha mostrato un aspetto dell'universo violento e rapidamente variabile che ha profondamente rivoluzionato l'astronomia moderna e piú in generale l'idea stessa che avevamo di un universo quasi 'immutabile', come ci è apparso per secoli in ottico.
Questo discorso vale in modo particolare per l'astronomia gamma che, studiando i fotoni di maggiore energia dello spettro elettromagnetico, ha mostrato alcuni dei fenomeni celesti piú energetici conosciuti ad oggi [Macomb & Gehrels, 1999]. Inoltre la scarsa probabilitá di interazione con la materia che caratterizza i raggi gamma fa in modo che studiando questa radiazione si riesca ad osservare, con relativa facilitá, sorgenti a distanze notevoli da noi.
I raggi gamma osservati sono generati principalmente da emissioni non termiche, dovute a interazioni di particelle di alta energia, in particolare:

Radiazione di sincrotrone, dovuta al moto spiraleggiante di particelle cariche intorno alle linee di un campo magnetico. Per campi molto intensi, come quelli generati da stelle a neutroni, la radiazione prodotta cade nella banda gamma.
Collisioni tra protoni, possono produrre raggi gamma principalmente attraverso il decadimento di mesoni $\pi^0$ , questo processo ha luogo, per esempio, nell'interazione tra raggi cosmici e il mezzo interstellare.
Effetto Compton inverso. Un elettrone energetico interagendo con un fotone può trasferire parte della sua energia al fotone. Tramite questo processo gli elettroni di alta energia (dell'ordine dei GeV) presenti nei raggi cosmici possono originare radiazione gamma interagendo con la radiazione stellare e la radiazione cosmica di fondo.
Radiazione di bremsstrahlung, originata quando una particella carica viene frenata dal campo elettrico di un nucleo. È particolarmente importante nel caso della componente elettronica dei raggi cosmici.
Annichilazione. Degli elettroni e dei positroni eventualmente presenti in una regione di spazio producono, per annichilazione, due raggi gamma con energia complessiva uguale all'energia totale delle due particelle.

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Andrea Giuliani 2003-10-14