Analisi dati e risultati

Il risveglio di un buco nero in pochi secondi

Il risveglio del buco nero in pochi secondi

17 giugno 2014 - Il ritorno di Crazy Diamond

Il quasar 3C454.3 è tornato ad essere l’oggetto più luminoso del cielo gamma.

8 gennaio 2013 - Marco Tavani riceve il premio Bruno Rossi

Marco Tavani riceve il premio Bruno Rossi al meeting della American Astronomical Society

a sinistra David Helfand, Presidente AAS, a destra Joel Bregman, chair della HEAD (la divisione di alta energia che dá il premio)

Premiato il Team di AGILE con il premio Bruno Rossi

è andato al team del satellite AGILE, piccolo gioiello interamente italiano dell’astrofisica spaziale, e al suo responsabile Marco Tavani, dell’INAF, il premio Bruno Rossi 2012. Assegnato ogni anno dall’American Astronomical Society, il Rossi Prize è il riconoscimento internazionale più ambito nel campo dell’astrofisica delle alte energie.

Press release dell’INAF Press release della rivista "Le Scienze" Il sito del premio Bruno Rossi

3C 454.3: un diamante pazzo nel cielo gamma

di Stefano Vercellone - INAF/IASF Palermo

Tra gli oggetti extra-galattici che illuminano il cielo nella banda dei raggi gamma (energie maggiori di 100 milioni di eV), la galassia attiva 3C 454.3 è sicuramente una delle più importanti.

Si tratta di un blazar, ossia di una galassia distante circa 7 miliardi di anni-luce dalla Terra e che ospita un buco nero centrale di grande massa, stimato in circa 4 miliardi la massa del nostro Sole.

I blazar hanno la caratteristica di avere un getto di materia, in emissione da zone limitrofe al buco nero centrale, quasi allineato con la linea di vista dell’osservatore.

Questo rende la sorgente molto luminosa, a causa di fenomeni relativistici che tendono ad aumentarne l’intensita’ apparente.

3C 454.3 è nota dagli anni novanta come sorgente che emette in raggi gamma, ma solo recentemente ha mostrato segni di attività molto al di sopra della media. Un sintomo del risveglio della sorgente si ebbe nel Maggio 2005, quando un improvviso e intenso flare fu rivelato in banda ottica a 6410 Angstrom dai telescopi del Consorzio WEBT e nella banda dei raggi X da due telescopi spaziali, Swift della NASA ed INTEGRAL dell’ESA.

Tuttavia, solo con il lancio del satellite per raggi gamma AGILE nel 2007 si e’ potuto nuovamente monitorare l’attivita’ della sorgente alle altissime energie. A meta’ del 2007, AGILE rivelo’ un intenso lampo gamma, durato circa una settimana, mediamente 3 volte piu’ intenso di quello registrato dal precedente osservatorio gamma EGRET.

Da quel momento, AGILE ha costantemente monitorato 3C 454.3 rivelandola ancora durante i puntamenti in direzione della costellazione di Pegaso, nel Novembre e Dicembre 2007 e poi ancora da Maggio a Dicembre 2008. Grazie alla rapida analisi dei dati raccolti, gli astronomi di AGILE impegnati nello studio di 3C 454.3 hanno potuto contattare i loro colleghi che studiano questo ed altri quasar a varie lunghezze d’onda, dal radio sino ai raggi gamma di altissima energia, più di mille volte quella rivelabile da AGILE. In questo modo, si e’ potuto studiare la distribuzione spettrale di energia, ossia il livelo di energia emesso in ogni singola banda. Questo ha permesso di calcolare preziose informazioni, come l’intensità del campo magnetico o l’angolo sotto cui è visto il getto. La forte variabilità dell’intensità a tutte le frequenze, ed in particolare nella banda gamma è valsa il soprannome di "Crazy Diamond": come un diamante, infatti, 3C 454.3 brilla sotto diverse angolazioni, ossia a diverse lunghezze d’onda.

Dopo un periodo di modesta attività, a partire dal settembre 2009 la sorgente ha ricominciato a risvegliarsi sino a culminare, ad inizio Dicembre 2009, in un flare di intensità impressionante. Tra il 2 ed il 3 Dicembre, la sorgente ha raggiunto intensità nei raggi gamma 3 volte maggiori rispetto alla pulsar della Vela, che è l’oggetto non variabile più intenso in gamma. Sia il satellite AGILE, sia il satellite della NASA Fermi hanno rivelato questo evento. Inoltre, per un’intera settimana, il flusso di 3C 454.3 è stato paragonabile a quello della Vela pulsar, altro record storico per una sorgente gamma.

I motivi per i quali avvengano questi flare intensissimi non sono ancora del tutto noti. Potrebbero essere causati da un repentino incremento del tasso a cui la materia accresce sul buco nero centrale. Maggiore il tasso di accrescimento, maggiore il flusso emesso. Oppure, si tratta di fenomeni legati a shock tra strati di particelle relativistiche che avvengono nella parte del getto più vicina al buco nero centrale e che causano improvvisi aumenti di flusso. Una terza spiegazione riguarda la possibilità che il getto cambi lievemente inclinazione rispetto alla linea di vista. Anche un minimo cambiamento (1-2 gradi) può indurre a forti variazione nel flusso.

Lo studio di 3C 454.3 e di sorgenti simili è senz’altro importante per satelliti gamma come AGILE e Fermi e decine di ricercatori di tutto il mondo sono impegnati in queste investigazioni. Fino ad ora, Crazy Diamond non si è mai negata.

Il primo catalogo di sorgenti gamma dei dati di AGILE

Le nostre conoscenze del cielo gamma sono principalmente dovute al telescopio EGRET a bordo dell’osservatorio orbitale Compton della NASA. Circa 300 sorgenti gamma emittenti ad energie superiori a 100 MeV sono state scoperte tra il 22 aprile 1991 e il 3 ottobre 1995, ma solo una frazione di esse è stata identificata.

Molte sorgenti sono variabili su scale temporali brevi ma la loro comprensione è ben lontana dall’essere raggiunta. AGILE è stato il primo strumento ad operare nello stesso intervallo di energia e ora è affiancato dal telescopio Fermi in orbita e operativo dal 11 giugno 2008.

Durante il primo anno in orbita, AGILE ha coperto più volte tutto il cielo individuando sorgenti galattiche ed extragalattiche. I dai raccolti da AGILE nel periodo compreso tra il 9 luglio 2007 e il 30 giugno 2008 hanno permesso agli scienziati di compilare un primo catalogo delle sorgenti gamma osservate. Il primo catalogo di AGILE comprende: 21 pulsar confermate o possibili candidate, 13 blazar, due binarie di grande massa emittenti nei raggi X, 1 binaria caratterizzata dalla collisione del vento stellare e sole 8 sorgenti non ancora identificate.

Tra le sorgenti ricordiamo:

1AGL J0006+7331 coincidente con la sorgente EGRET 3EG J0010+7309 ed ora identificata da Fermi come una pulsar senza emissione radio all’interno del resto di supernova CTA1.
1AGL J0535+2205 e 1AGL J0634+1748 sono le due pulsar note come pulsar della nebulosa del Granchio e Geminga
1AGL J0617+2236 coincidente con la sorgente 3EG J617+2238 è stata associata al resto di supernova IC443
1AGL J0657+4554 e 1AGL J0714+3340 sono due sorgenti ad elevata latitudine galattica, non osservate da EGRET, sono state identificate come due blazar
1AGL J0835-4509 è la sorgente più luminosa del cielo gamma, identificata come la pulsar nella costellazione delle Vele
1AGL J1022-5822 questa sorgente è localizzata nella regione della Carena dove si trovano parecchie sorgenti che potrebbero emettere in raggi gamma
1AGL J1043-5931 anche questa sorgente non è stata osservata da EGRET ed è localizzata vicino a 1AGL J1043-5749 in un’altra regione della Carena
1AGL J1104+3754 e 1AGL J1222+2851 due sorgenti non ancora identificate e osservate solo per pochi giorni da AGILE
1AGL J1412-6149 e 1AGL J1419-6055 sono due sorgenti che si trovano nella costellazione della Croce del Sud
1AGL J1511-0908 una sorgente molto debole appena rilevata con soli 2 giorni di esposizione che coincide con PKS 1510-089
1AGL J1736-3235 e 1AGL J1746-3017 situate in un regione posta a 10° dal centro galattico, probabilmente l’emissione gamma è dovuto a diverse sorgenti.
1AGL J1801-2317 coincidente con la sorgente HESS J1801-233: si tratta del resto di supernova W28 che emette fotoni gamma anche ad energia di qualche TeV.

AGILE osserva l’emissione di eta carinae

Eta Carinae è una stella molto massiccia (circa 100 masse solari) conosciuta soprattutto per i suoi episodi eruttivi ed è uno degli astri più interessanti della nostra galassia. Le osservazioni con il telescopio spaziale Hubble ed osservazioni spettroscopiche hanno messo in evidenza la natura binaria del sistema con la componente principale che è una stella blu molto luminosa e variabile ed un compagno di circa 30 masse solari in orbita molto eccentrica con periodo di 5,53 anni, simile a quelle che le comete percorrono attorno al Sole. Le stesse misure mettono in evidenza la presenza di materiale espulso dal sistema.

Eta Carinae viene catalogato tra i sistemi binari dove i venti stellari interagiscono. Queste interazioni possono generare fotoni di alta energia che possono essere studiati con telescopi X e gamma. Eta Carinae è stata osservata con diversi strumenti in diverse energie dello spettro elettromagnetico, mentre ad energie tra 1 e 10 keV lo spettro denuncia un’emissione puramente termica tra 20 e 200 keV lo spettro mette in evidenza una forte componente non termica.

Con queste prospettive sono state tentate diverse osservazioni nei raggi gamma di questa sorgente ma tutte le osservazioni effettuate con la strumentazione a bordo dell’osservatorio Compton hanno dato esito negativo.

AGILE ha osservato la regione di Eta Carinae in diversi intervalli temporali che coprono il lungo periodo dal luglio 2007 al gennaio 2009 rilevando con GRID una sorgente gamma che è stata catalogata 1AGL J1043-5931.

L’emissione gamma è prodotta dall’interazione dei venti stellari prodotti dalla coppia di stelle, in particolare il vento supersonico di particelle produce un’onda d’urto molto efficiente nell’accelerazione delle particelle come elettroni e protoni. Queste particelle accelerate possono, per effetto Compton inverso, generare fotoni gamma interagendo con l’emissione ultravioletta delle due stelle blu. A questo tipo di emissione si affiancano altri meccanismi quali l’emissione di sincrotrone o quella di bremsstrahlung. I modelli che riproducono bene le osservazione compiute con AGILE comunque propendono per un’emissione Compton inverso ad energie comprese tra qualche MeV e qualche GeV. Inoltre, in questo mare di particelle energetiche anche i protoni possono essere accelerati efficientemente. L’interazione di due protoni genera pioni che, decadendo, generano emissione gamma.

Le osservazioni di AGILE hanno permesso inoltre di misurare la potenza emessa dal sistema binario in 3,4 x 10³⁴ erg/s, un valore ben al di sotto delle energie cinetiche dei venti stellari, per tale motivo gli astrofisici si aspettano un aumento della luminosità gamma di questa sorgente in simultanea con il passaggio al periastro della stella compagna che è previsto per quest’anno. AGILE è pronto a verificare anche questa ipotesi.

AGILE identifica alcune pulsar

Delle 1800 radio pulsar soltanto mezza dozzina sono state rilevate con l’osservatorio COMPTON della NASA. I motivi di questo divario vanno cercati nell’elevata sensibilità degli strumenti radio e X. Gli astrofisici erano tuttavia consapevoli che tra le sorgenti non identificate di EGRET si celavano delle pulsar, solo che i dati di EGRET non permettevano di identificare queste deboli sorgenti. La situazione è migliorata con AGILE, alle poche già note si è aggiunto un egual numero di sorgenti identificate, in base alle loro periodicità, come stelle di neutroni. Le prime due sono PSR J2043+2740 e PSR J1513-5908 che presentano delle curve di luce simili; la prima è stata di facile individuazione in quanto è al di fuori del piano galattico e brilla in una regione con bassa emissione di radiazione diffusa, mentre la seconda si trova immersa nel piano galattico. Le due pulsar presentano anche uno spettro diverso anche perché la PSR J2043+2740 è risultata essere una delle pulsar più vecchie osservabili nei raggi gamma.

La PSR J2229+6114 è stata osservata da AGILE che ne ha stimato la posizione con uno scarto di 0,2° permettendo di riconoscerla nella sorgente 3EG2227+6122 individuata per la prima volta da EGRET. La curva di luce in banda gamma è risultata sfasata di 180° rispetto al principale impulso radio.

La PSR B1509-58 è stata rilevata per la prima volta con lo strumento COMPTEL mentre AGILE è stato il primo osservatorio gamma a trovarne la periodicità e a riconoscere tale sorgente come una pulsar. PSR B1509-58 è diversa dalle altre perché la sua emissione gamma è presente solo ad energie più basse e svanisce oltre i 300 MeV.

Anche la PSR J1824-2452 all’interno dell’ammasso globulare M28 è stata identificata come tale, si tratta di un vero e proprio record perché PSR J1824-2452 è una pulsar al millisecondo, l’unica per ora di cui AGILE sia riuscito ad ottenere una curva di luce. L’impulso radio a 1,4 GHz coincide perfettamente con il massimo di emissione nei raggi gamma.

Le ultime due pulsar di cui sia stato possibile ottenere la curva di luce sono la PSR J1016-5857 e la PSR J2021+3651.

AGILE rivela il Blazar 3C454.3 in uno stato iperattivo

Il satellite AGILE, ancora nella fase di test preliminari, ha osservato i la regione di cielo contenente il Blazar 3C454.3 dal 24 al 30 luglio 2007. AGILE ha rivelato il Blazar in uno stato iper attivo. L’ immagine qui presentata mostra la sorgente osservata da AGILE nei raggi gamma ad energie maggiori di 100 MeV in coordinate galattiche.

SuperAGILE rileva il primo lampo gamma

Alla fine di luglio SuperAGILE ha rilevato per la prima volta un lampo gamma, si tratta del GRB 070724b. La posizione del lampo gamma è stata ottenuta calibrando la posizione della sorgente in funzione della posizione di alcune sorgenti X luminose. Osservazioni successive effettuate con altri strumenti hanno permesso di concludere che il lampo è durato 55 secondi nella banda di energia compresa tra i 20 e i 60 keV. La posizione del lampo è stata determinata con un’accuratezza di 20’, incertezza dovuta alla triangolazione con 3 sorgenti X. La posizione è stata osservata dal telescopio X di SWIFT che ha rilevato la luminescenza residua. Il lampo era del tipo "soft" e non ha prodotto fotoni di alte energie.

La prima immagine di Agile

Durante i test preliminari Agile è stato orientato nella direzione della costellazione delle Vele per osservare la pulsar. I conteggi preliminari ottenuti in mezza giornata di osservazione, durante le sette orbite percorse dal satellite tra il 29 e il 30 maggio 2007, hanno permesso di ricostruire una immagine della regione di cielo centrata sulla pulsar della Vela.

L’immagine che presentiamo qui, è solo la parte centrale del campo di osservazione di AGILE, la totalità del campo di vista di AGILE potrà essere utilizzata quando le procedure di pulizia dal rumore saranno ottimali.

La prima sorgente di superagile

A metà giugno è stato acceso lo strumento Superagile per rilevare i raggi X dalle sorgenti celesti. Il 28 giugno Superagile rilevato la prima sorgente X. Si tratta di GX301-2 che, per caso, si trovava in uno stato molto attivo. I due grafici sotto mostrano il conteggio dei fotoni in funzione dell’angolazione di superagile ottenuta con due rivelatori ortogonali. I due grafici mettono in evidenza la sorgente X.