10 Lug 2020 Raggi Gamma ad Alta Energia da Eta Carinae
Un team di astronomi ha identificato la stella binaria Eta Carinae come un nuovo tipo di sorgente di possenti raggi gamma, con energia fino a 100 miliardi di volte più elevata rispetto all’energia della luce visibile.
Eta Carinae, situata a circa 7.500 anni luce da noi, è in realtà un sistema binario composto da giganti blu, una delle quali ha una massa un centinaio di volte quella solare, mentre l’altra è circa 30 volte più massiccia del Sole. Le due stelle titaniche orbitano una attorno all’altra ogni 5,5 anni, lungo orbite ellittiche molto eccentriche: la separazione tra le stelle varia approssimativamente tra una distanza pari a quella tra Marte e il Sole e quella tra Urano e il Sole. Entrambe le stelle massicce generano potenti venti stellari, rilasciando particelle cariche nello spazio. In questo violento processo, la più grande delle due perde una quantità di massa equivalente a quella del Sole in circa 5000 anni.
La stella più piccola produce un veloce vento stellare in movimento a velocità pari a 11 milioni di chilometri all’ora, circa l’un percento della velocità della luce. Nella regione in cui collidono i venti generati dalle due stelle si formano immensi fronti d’urto e il materiale viene riscaldato a temperature molto elevate. Dato il calore estremo, attorno a 50 milioni di gradi Celsius, il materiale irradia in banda X. Tuttavia, le particelle nei venti non sono sufficientemente energetiche da emettere anche radiazione gamma. “Ma le regioni d’urto come queste sono luoghi in cui tipicamente le particelle subatomiche vengono accelerate da forti campi magnetici prevalenti”, spiega Stefan Ohm, a guida dello studio pubblicato su Astronomy & Astrophysics. Quando le particelle vengono accelerate così rapidamente, possono anche emettere radiazione gamma.
In effetti, nel 2009 i satelliti Fermi della NASA e AGILE dell’ASI hanno rilevato raggi gamma energetici, fino a 10 gigaelectronvolt (GeV), provenienti da Eta Carinae. “Sono stati proposti vari modelli teorici per spiegare la produzione di questi raggi gamma”, riferisce Matthias Füßling, tra gli autori dello studio. “Potrebbero essere generati da elettroni accelerati o da nuclei atomici ad alta energia”. Determinare quale sia l’ipotesi corretta è fondamentale, in quanto i nuclei atomici molto energetici rappresentano la gran parte dei raggi cosmici che colpiscono la Terra da ogni direzione. Le sorgenti primarie dei raggi cosmici non sono ancora ben note.
Dal momento che i nuclei atomici carichi elettricamente vengono deflessi da campi magnetici cosmici lungo il loro viaggio nell’Universo, la direzione da cui provengono sulla Terra non rivela la loro origine. I raggi gamma cosmici, tuttavia, non vengono deflessi. Pertanto, se fosse possibile dimostrare che i raggi gamma emessi da una specifica sorgente hanno origine da nuclei atomici ad alta energia, verrebbe identificata una delle sorgenti a lungo cercate. “La radiazione gamma ad altissima energia inizia al di sopra dei 100 GeV, ed è piuttosto difficile spiegare come in Eta Carinae possa derivare da accelerazione di elettroni”. I dati del satellite suggerivano che la stella potesse emettere radiazioni anche al di sopra dei 100 GeV, e in effetti HESS (High Energy Stereoscopic System), un sistema di telescopi per lo studio dei raggi gamma situato in Namibia, ha rilevato radiazioni fino a 400 GeV, nel periodo del massimo avvicinamento delle due stelle. Questa scoperta rende la stella binaria il primo esempio noto di una sorgente in cui la collisione tra venti stellari genera radiazioni gamma ad altissima energia.
“Le analisi delle misurazioni di raggi gamma catturati da HESS e dai satelliti dimostrano che la radiazione può essere considerata come il prodotto della rapida accelerazione di nuclei atomici”, afferma Ruslan Konno del centro di ricerca tedesco DESY (Deutsches Elektronen-Synchrotron). “Questo renderebbe la regione dei fronti d’urto tra venti stellari in collisione un nuovo tipo di acceleratore naturale di particelle per raggi cosmici”. Grazie alle osservazioni dettagliate del sistema ricavate nel corso degli anni a tutte le lunghezze d’onda, le proprietà delle stelle, le loro orbite e i venti stellari sono state determinate con accuratezza. Ciò ha permesso agli astrofisici di ricavare un quadro piuttosto dettagliato del sistema binario e della sua storia. Per visualizzare meglio le caratteristiche del sistema, gli astrofisici hanno prodotto un’interessante animazione video, che è possibile visionare a questo link-> https://youtu.be/uUFJXjIhUkQ
Nell’immagine Eta Carinae ripresa dal telescopio Hubble nel visibile e nell’ultravioletto
Credit: NASA, ESA, N. Smith (University of Arizona, Tucson), and J. Morse (BoldlyGo Institute, New York)
https://www.desy.de/news/news_search/index_eng.html?openDirectAnchor=1866
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