In un esperimento senza precedenti, un gruppo di scienziati è riuscito a ricreare in laboratorio le cosiddette “palle di fuoco cosmiche”, ovvero getti di plasma ad altissima energia simili a quelli emessi dai buchi neri supermassicci al centro di galassie attive, i blazar. L’obiettivo di questo studio era comprendere la stabilità dei flussi di materia ed energia che viaggiano nello spazio a velocità prossime a quella della luce e chiarire uno dei più grandi enigmi dell’astrofisica moderna: la scomparsa dei raggi gamma di bassa energia che le osservazioni astronomiche non riescono a rilevare.
L’esperimento: riprodurre un getto di blazar al CERN
Il progetto, condotto da ricercatori dell’Università di Oxford e del Central Laser Facility (CLF) dello Science and Technology Facilities Council (STFC), è stato realizzato presso il CERN, utilizzando il Super Proton Synchrotron all’interno del laboratorio HiRadMat (High-Radiation to Materials).
Gli scienziati hanno generato coppie di particelle di materia e antimateria — elettroni e positroni — e le hanno fatte interagire con un plasma di circa un metro di lunghezza, simulando le condizioni estreme presenti nei getti emessi dai blazar. L’obiettivo era osservare come queste coppie si comportano in un ambiente ad altissima energia e verificare se le instabilità magnetiche previste dai modelli teorici potessero essere replicate in laboratorio.
“Questi esperimenti mostrano come l’astrofisica da laboratorio possa mettere alla prova le teorie dell’universo ad alta energia,” ha spiegato Bob Bingham, dell’Università di Strathclyde. “Riproducendo le condizioni del plasma relativistico, possiamo misurare i processi che influenzano i getti cosmici e comprendere meglio l’origine dei campi magnetici intergalattici.”
Cosa sono i blazar
I blazar sono una particolare categoria di nuclei galattici attivi (AGN) alimentati da buchi neri supermassicci con masse milioni o miliardi di volte superiori a quella del Sole. Attorno a questi colossi gravitazionali si formano dischi di accrescimento incandescenti, composti da gas e polveri che ruotano ad altissima velocità e rilasciano enormi quantità di energia.
Non tutto il materiale finisce però nel buco nero: parte di esso viene espulsa lungo i poli, generando getti di plasma che si estendono nello spazio per milioni di anni luce. Quando uno di questi getti è rivolto direttamente verso la Terra, la galassia viene classificata come blazar.
Questi oggetti emettono intensi raggi gamma, osservabili dai telescopi terrestri e spaziali, come il satellite Fermi. Tuttavia, una parte di tali radiazioni sembra mancare all’appello: i modelli prevedono più emissioni di quelle effettivamente rilevate.
Il mistero dei raggi gamma “scomparsi”
In teoria, i raggi gamma prodotti dai blazar dovrebbero interagire con la radiazione cosmica di fondo (CMB), generando nuove coppie di elettroni e positroni e producendo raggi gamma di energia inferiore, facilmente osservabili. Eppure, questi segnali secondari non sono mai stati rilevati con chiarezza.
Le ipotesi finora formulate includono:
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Deviazione dovuta a deboli campi magnetici intergalattici, che farebbero uscire i raggi gamma dalla linea di osservazione;
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Instabilità del plasma durante il viaggio nello spazio, che potrebbe dissipare l’energia dei getti;
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Presenza di un campo magnetico residuo primordiale, nato nelle prime fasi dell’universo e ancora in grado di alterare il percorso delle particelle.
Risultati sorprendenti
I risultati ottenuti al CERN hanno smentito le aspettative iniziali. Gli studiosi prevedevano che il fascio di plasma generato in laboratorio si sarebbe disperso o destabilizzato, ma è accaduto l’opposto: il getto è rimasto stabile e compatto, senza mostrare segni evidenti di turbolenze magnetiche.
Questo dato suggerisce che le instabilità del plasma non sono sufficienti a spiegare l’assenza dei raggi gamma a bassa energia. Una possibile spiegazione alternativa è la presenza di un campo magnetico residuo intergalattico, ancora in grado di influenzare la propagazione dei raggi gamma e forse originato nei primi istanti dopo il Big Bang.
Rimane però aperta la domanda su come e quando un simile campo magnetico primordiale possa essersi formato, in un universo oggi molto più omogeneo rispetto alle sue fasi iniziali.
Nuove prospettive per l’astrofisica sperimentale
Per approfondire queste ipotesi, gli studiosi prevedono di condurre nuovi test utilizzando strumenti più avanzati, come il futuro Cherenkov Telescope Array Observatory (CTAO), che permetterà di osservare con maggiore precisione i raggi gamma provenienti da sorgenti lontane.
“È stato entusiasmante partecipare a un esperimento che apre una nuova frontiera nella ricerca astrofisica,” ha dichiarato Subir Sarkar, dell’Università di Oxford. “I nostri risultati mostrano che possiamo esplorare i misteri cosmici direttamente da un laboratorio terrestre.”
Lo studio è stato pubblicato il 3 novembre sulla rivista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) e rappresenta un passo importante verso una nuova forma di astrofisica sperimentale, capace di ricreare in laboratorio fenomeni che un tempo sembravano appartenere solo al cosmo.
Fonte: space.com
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