Pulsar come sorgenti di raggi gamma ad altissime energie

I raggi gamma sono la forma più energetica della radiazione elettromagnetica. Nell’Universo ci sono eventi spettacolari e violenti in grado di produrre raggi gamma a energie particolarmente alte, nell’ordine dei teraelettronvolt (Tev, mille miliardi di elettronvolt). Si tratta per esempio di esplosioni di stelle, collisioni di oggetti celesti, la caduta di materia nei buchi neri, la rotazione di stelle pulsar.

L’astronomia a raggi gamma si occupa di esplorare questi fenomeni: osservando l’Universo ad altissime energie, gli scienziati possono studiare eventi astrofisici estremi e inusuali, testare le teorie della fisica e modellare l’Universo in maniera sempre più dettagliata.

Gianluca Giavitto è all’istituto DESY in Germania per studiare gli eventi violenti dell’Universo, cioè tutti quei fenomeni non termici di accelerazione di particelle che possono avvenire in situazioni estreme. In particolare Giavitto si occupa di pulsar e dello sviluppo di telescopi Cherenkov per misurare raggi gamma ad altissime energie.

Nome: Gianluca Giavitto
Età: 36 anni
Nato a: Udine
Vivo a: Berlino (Germania)
Dottorato in: fisica (Spagna)
Ricerca: CTA e emissioni pulsate a 10TeV
Istituto: Deutsches Elektronen-Synchrotron, Zeuthen (Germania)
Interessi: windsurf, windboarding
Di Berlino mi piace: la libertà di vivere a modo proprio, ci sono tanti tipi di persone
Di Berlino non mi piace: l’assenza di luce nei mesi invernali, la maleducazione di tanti abitanti

Come funzionano i telescopi Cherenkov?

Sono dei rivelatori di particelle. Il nome deriva dalla luce Cherenkov che rilevano e si origina dall’impatto dei raggi gamma con la nostra atmosfera. Quando le particelle subatomiche che viaggiano nello spazio entrano in contatto con la nostra atmosfera, interagiscono con gli atomi e le particelle presenti sulla loro traiettoria. Le particelle secondarie che derivano da questa interazione formano uno sciame che viaggia ad altissima velocità, superiore a quella della luce nell’aria. Ciò produce un brevissimo lampo di luce blu che è appunto la luce Cherenkov.

La luce Cherenkov ha una durata molto breve ed è molto fioca per cui per rilevarla sono necessari strumenti estremamente sensibili. I telescopi Cherenkov riescono a catturare questi brevissimi lampi grazie a un sistema ottico di specchi e fotocamere ad altissima velocità. La mia ricerca contribuisce allo sviluppo di questi sistemi di rilevamento.

In particolare mi sto occupando di un osservatorio di nuova generazione che verrà costruito tra alcuni anni, il CTA (Cherenkov Telescope Array), e sarà in grado di offrire risoluzioni molto elevate e campi visivi molto ampi per osservare fenomeni come i raggi gamma.

Che tipo di oggetti danno origine ai raggi gamma ad altissima velocità?

Ancora non lo sappiamo. Dato che i fotoni rilevati dai nostri detector viaggiano in linea retta, tracciando la direzione da cui provengono sarà possibile individuare direttamente la parte del cielo da cui si sono originati. E, da qui, capire cosa c’è e cosa sta succedendo in quella parte di spazio.

Per far ciò, sarà necessario raccogliere informazioni ad altre lunghezze d’onda, per esempio nell’ultravioletto, che è particolarmente importante per fenomeni di natura transiente come quelli che producono i lampi di raggi gamma.

A questo proposito, mi sto occupando dello sviluppo di un satellite che verrà messo in orbita tra tre anni e osserverà il cielo negli UV: si chiama ULTRASAT e riuscirà a guardare per molto tempo una fetta particolarmente ampia di cielo, 200 m².
Grazie a ULTRASAT speriamo di riuscire a capire meglio la natura dei fenomeni che avvengono in situazioni estreme di campo magnetico ed energie, come nella corona del nostro sole, nei buchi neri al centro delle galassie, nelle pulsar.

Qual è la particolarità delle pulsar?

Sono stelle di neutroni molto dense, che ruotano molto velocemente e hanno nel loro intorno campi magnetici molto alti. Secondo i modelli classici della fisica, questi oggetti non dovrebbero emettere raggi gamma ad altissime energie: eppure qualche anno fa per la prima volta è stata rilevata una sorgente di raggi gamma che era una pulsar della nebulosa del Granchio. Poi ne abbiamo trovate altre.

Siamo in un territorio nuovo che fino a pochi anni fa nemmeno esisteva perché gli strumenti a nostra disposizione non erano abbastanza veloci e sensibili. Ora con questi nuovi rivelatori potremmo finalmente riuscire a capire cosa succede per davvero nell’Universo ad altissime energie.

Quali sono le prospettive future del tuo lavoro?

ULTRASAT verrò lanciato tra tre anni, il nuovo osservatorio di luce Cherenkov dovrebbe iniziare a raccogliere dati tra 4-5 anni, quindi stiamo lavorando sul futuro di questo campo di ricerca.
Mettendo assieme le informazioni raccolte dai raggi UV e gamma speriamo di riuscire a capire quali sono i processi fisici alla base dei fenomeni violenti e magari rispondere alle domanda sull’origine e l’abbondanza dei metalli pesanti, oltre al ferro. Si ipotizza che alcuni scontri tra oggetti siano le fucine di tutto l’oro dell’Universo.

Come desiderio, vorrei riuscire a vedere l’emissione di raggi gamma pulsati a 10 TeV da parte della pulsar Vela.

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