Astronomia gamma
Evoluzione dei Blazars
Attualmente, grazie alle osservazioni compiute con EGRET e supportate da successive osservazioni con telescopi ottici, esiste un numero sufficiente di blazars rivelati in gamma di cui sia stato possibile ottenerne lo spettro e procedere alla misura del red shift cosmologico z. Un semplice confronto tra la distribuzione spaziale in funzione di z dei quasar radio emittenti a spettro piatto e quella dei blazars osservati con EGRET mostra notevoli somiglianze.
Un'analisi più accurata mostra però il comportamento delle due distribuzioni differisce per valori di z minori di 1. Infatti, mentre il numero di blazars gamma è confrontabile con quello delle quasar a spettro piatto per valori di z compresi tra 1 e 3, il numero di blazars gamma emittenti è decisamente inferiore a quello delle quasar per valori di z minori di 1. Poiché oltre ad indicare la distanza cosmologica lo z è anche un indice dell'istante cosmologico di emissione (effetto causato dalla propagazione della luce ad una velocità finita nel vuoto), i risultati di questa indagine statistica possono essere considerati come una prova dell'evoluzione dei blazars. Per studiare l'evoluzione delle proprietà fisiche dei blazars occorre considerare che si tratta di oggetti dell'universo primordiale e che i fenomeni dovuti all'espansione cosmica non possono essere trascurati. A causa dell'espansione dell'universo tra il flusso osservato nell'intervallo EdE e quello emesso nello stesso intervallo sussiste la seguente relazione:
mentre DL è fornito dall'equazione cosmologica:
valida per i modelli cosmologici di Fridman; in essa H0 è la costante di Hubble (circa 70 km/s Mpc) mentre q0 è il parametro di decelerazione dell'universo. In condizioni di
la relazione cosmologica di DL può essere approssimata con la seguente equazione:
per valori piccoli di z la funzione g tende a 1, nel modello cosmologico di Einstein - De Sitter di universo piatto con q0=1 la funzione g è rigorosamente 1. L'espansione cosmica deforma quindi il flusso osservato che diventa:
ora se lo spettro della sorgente gamma assume l'andamento alla potenza con esponente -b il flusso di energia ( che si ottiene integrando il flusso su tutte le possibili energie dei fotoni) dipenderà dalla potenza con esponente -b+1. Nelle indagini statistiche della popolazione delle blazars osservate si otteneva una distribuzione in funzione di z della forma:
otteniamo così un flusso descritto dall'equazione:
Questo è il flusso che ci interessa per individuare una evoluzione dei blazars, purtroppo si aggiunge un'ulteriore complicazione: il flusso osservato S0 è soggetto a rapide variazioni, per eliminare questo effetto si può prendere il flusso di energia al massimo o considerare un flusso medio. L'analisi statistica ha dimostrato che i blazars emittenti dei raggi gamma presentano una distribuzione f(z) con esponente compreso tra 2,4 e 3,2, mentre i quasar radio emittente hanno un esponente più elevato compreso tra 3,5 e 3,8. La differenza tra le due distribuzioni diventa evidente per valori di z minori di 1 quando i quasar radio emittenti diventano molto più numerosi dei blazars con emissione nei raggi gamma, che invece cominciano a scarseggiare. Questi risultati possono essere interpretati come indizio di una lenta evoluzione che, nel tempo, modifica le condizioni fisiche dei blazars rendendoli inattivi nei raggi gamma.