Cosa ci insegna l'osservazione dei raggi gamma più energetici dell'universo

L'astrofisica moderna è una scienza che viaggia in tempo reale. Il cielo presenta spesso fenomeni transienti che nascono, si sviluppano e si esauriscono nel giro di pochi minuti.  Per poterli studiare, la rapidità di reazione è fondamentale.

I lampi gamma sono un esempio perfetto dell'astrofisica che avanza a passo di corsa. Sono intensissimi emissioni di raggi gamma che compaiono in una posizione qualunque nel cielo e si esauriscono nel giro di pochi minuti. Ci sono voluti decenni per capire come catturarli utilizzando strumenti montati su satelliti in grado di localizzarli in pochi secondi per poterli poi studiare con i telescopi a terra.  

Negli anni si è formata una rete globale di astrofisici che vivono attaccati a sistemi di allerta che li avvisano quando in cielo si accende qualcosa. E' una disciplina che vede gli scienziati italiani in prima linea sia per la gestione dei dati dei satellite sia per l'organizzazione delle osservazioni a terra.

Tra gli strumenti al suolo, quelli che ancora non erano riusciti a vedere un lampo gamma erano gli enormi telescopi progettati per rivelare la debole luce bluastra emessa nell'atmosfera dai raggi gamma di altissima energia. In questo campo, la comunità italiana è parte della collaborazione MAGIC (Major Atmospheric Gamma Imaging Cherenkov) uno strumento formato da due specchi da 17 metri di diametro che opera nella caldera vulcanica alla sommità dell'isola di La Palma, uno dei migliori siti astronomici del mondo.

Quando un satellite (che può essere il Neil Gehrels Swift Observatory, Fermi, INTEGRAL o AGILE) lancia l'allerta lampo gamma, la rete mondiale si mette in moto. 

È quello che è successo il 16 gennaio di quest'anno quando Swift ha rivelato un lampo gamma particolarmente brillante. Dopo appena  22 secondi il mondo era allertato e MAGIC iniziava subito la manovra di ripuntamento che ha richiesto altri 28 secondi. A 50 secondi dall'inizio del lampo, il telescopio Cherenkov era in posizione. Non si trattava di una manovra eccezionale: era stata fatta oltre 100 volte negli ultimi anni, in risposta di altrettante allerte, senza mai ottenere un risultato positivo. Naturale che l'operatore presente sul sito non fosse particolarmente eccitato.

Aveva l'aria di essere solo routine, ma la situazione è cambiata nel giro di due minuti. Il programma di analisi automatica lo ha avvisato che i raggi gamma di altissima energia arrivavano come se piovesse. Non era mai stata registrata una tale abbondanza di fotoni. Forse il programma aveva qualche baco nascosto? A giudicare dagli articoli pubblicati su Nature, si direbbe proprio di no.

Nei primi minuti di osservazione del lampo gamma il numero dei fotoni registrati da MAGIC è stato cento volte maggiore di quello della nebulosa del Granchio la più brillante sorgente del cielo gamma delle altissime energia. Il risultato stupefacente non è solo l'abbondanza dei fotoni ma anche (e soprattutto) la loro energia.

Sono di gran lunga i fotoni più energetici mai rivelati da questi fenomeni celesti e gli astrofisici ci hanno messo poco a capire che nessuno dei meccanismi fisici usati per spiegare l'emissione misurata fino ad ora dai lampi gamma poteva riuscire a produrre questi fotoni mostruosamente energetici. È il bello della scienza, quando si crede di avere capito (quasi) tutto ci si accorge che bisogna ricominciare.