Il cielo X e gamma: concerto per soprano - parte ... - IASF Palermo

XV Settimana della Cultura Scientifica e Tecnologica
Palermo 15-17 marzo 2005
LA SINFONIA DEI FOTONI
Il cielo X e Gamma: concerto per soprano
PARTE II
IL CIELO GAMMA
di A. La Barbera
A. La Barbera: IL CIELO GAMMA - Palermo 15-17 marzo 2005

Come appare il cielo osservato ai raggi gamma?
Che cosa sono i raggi gamma?
I raggi gamma sono fotoni estremamente energetici (da
100 keV in su). Essi sono stati scoperti come uno dei
prodotti del decadimento radioattivo di alcuni nuclei
atomici. Sono stati riconosciuti come fotoni perché non
venivano deviati dai campi magnetici.
Dallo spazio siamo continuamente bombardati da fotoni
gamma anche di energia molto elevata.
Scopo dell’astronomia gamma è proprio lo studio
dell’origine di questa radiazione. Quali sono le sorgenti?
Quali processi fisici sono coinvolti?
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Il filmato è stato cortesemente fornito da
NASA – Goddard Space Flight Center
http://imagine.gsfc.nasa.gov
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I raggi gamma sono prodotti in processi fisici
estremi che coinvolgono energie elevatissime,
espressione di un universo definito violento.
I principali meccanismi di produzione di raggi
gamma sono:
Radiazione di sincrotrone
Collisione tra protoni
Effetto Compton inverso
Radiazione di bremstrahlung
Annichilazione
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E’ solo negli ultimi trent’anni che è stato possibile osservare il
cielo nella banda di energia gamma. Anche perché tale
osservazione deve essere fatta dallo spazio.
I raggi gamma attraversano la maggior parte dei materiali e non
possono essere riflessi con uno specchio. E’ stato dunque
necessario sviluppare una tecnologia specifica sia per misurare
la loro energia sia per stabilire la direzione di provenienza.
Per misurare l’energia del fotone gamma fino al TeV si usano
principalmente:
•Scintillatori
•Rivelatori a stato solido
Per poter ricostruire la direzione di arrivo del fotone:
•Rivelatori per la produzione di coppia (sopra 30 MeV) o lo
“scattering Compton (1-30 MeV)”
•Maschere codificate
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Ecco uno schema di una camera a scintille capace
di rivelare la direzione di fotoni gamma con energia
maggiore di 20-30 MeV.
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Ecco come appare il cielo gamma visto da EGRET
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Dove nascono i raggi gamma
AGN (Blazars ) con forte variabilità e alta luminosità
intrinseca;
Pulsar (Crab, Vela);
Sorgenti non identificate (2/3 del totale)
I Gamma Ray Burst;
L’emissione diffusa del piano galattico (nasce
dall’interazione dei raggi cosmici con l’idrogeno
interstellare);
Fondo;
Solar flares.
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Che tipo di informazioni possiamo ottenere dallo studio
dei raggi gamma provenienti dallo spazio?
Comprendere quali sono i meccanismi di accelerazione
che riescono a produrre fotoni così energetici.
Capire l’origine dei raggi cosmici.
Capire meglio la fisica degli AGN, pulsar, sorgenti X
binarie, buchi neri, GRB.
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Che cosa succede ad energia ancora più alte (oltre 1 TeV)?
E’ possibile rivelare indirettamente i fotoni gamma a queste
energie da terra attraverso lo studio dello sciame di particelle
originato dall’interazione del fotone gamma con le particelle
dell’atmosfera.

L’esperimento VERITAS raccoglie la luce Cherenkov
prodotta nello sciame
ARGO studia le particelle
dello sciame che arrivano
sui rivelatori posti
sull’altopiano del Tibet
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Gamma Air Watcher
Presso l’IASF di Palermo è in fase di studio un
progetto per l’osservazione del cielo ad energie
superiori al TeV
Tale progetto si chiama GAW
Lo scopo è quello di avere un telescopio Cherenkov
con un grande campo di vista.
In questo modo è possibile guardare larghe
porzioni di cielo ed osservare anche fenomeni
transitori di breve durata che altrimenti sarebbe
molto improbabile osservare.
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Ma dallo spazio non arrivano soltanto fotoni. Per
esempio tutti sappiamo che sulla terra arrivano
meteoriti, polvere, vento solare ma anche:
Raggi cosmici,
Neutrini,
Onde gravitazionali.
Tutti questi oggetti sono messaggeri dell’estrema
vitalità dell’universo e portano informazioni
preziose. Il loro studio dà vita ad altre branche
dell’astrofisica.
Ma questa è un’altra storia!
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