I dati che sono stati analizzati nel lavoro qui descritto. Fluttuazioni nel fondo dei raggi gamma isotropi, sulla base di 81 mesi di dati. Emissione dalla nostra Galassia, la via Lattea, è mascherato in grigio. Crediti:Mattia Fornasa, UVA/Grappa
I ricercatori del Centro di eccellenza GRAPPA dell'Università di Amsterdam (UvA) hanno appena pubblicato l'analisi più precisa delle fluttuazioni nel fondo dei raggi gamma fino ad oggi. Avvalendosi di più di sei anni di dati raccolti dal Fermi Large Area Telescope, i ricercatori hanno trovato due diverse classi di sorgenti che contribuiscono allo sfondo dei raggi gamma. Nell'analisi non sono state trovate tracce di un contributo di particelle di materia oscura. Lo studio collaborativo è stato condotto da un gruppo internazionale di ricercatori ed è pubblicato nell'ultima edizione della rivista Revisione fisica D .
I raggi gamma sono particelle di luce, o fotoni, con la più alta energia dell'universo e sono invisibili all'occhio umano. Gli emettitori più comuni di raggi gamma sono i blazar:buchi neri supermassicci al centro delle galassie. In numero minore, i raggi gamma sono prodotti anche da un certo tipo di stelle chiamate pulsar e in enormi esplosioni stellari come le supernove.
Nel 2008 la NASA ha lanciato il satellite Fermi per mappare l'universo di raggi gamma con estrema precisione. Il telescopio per grandi aree, montato sul satellite Fermi, ha preso dati da allora. Scansiona continuamente l'intero cielo ogni tre ore. La maggior parte dei raggi gamma rilevati è prodotta nella nostra Galassia (la Via Lattea), ma il telescopio Fermi è riuscito anche a rilevare più di 3000 sorgenti extragalattiche (secondo l'ultimo conteggio effettuato nel gennaio 2016). Però, queste singole sorgenti non sono sufficienti a spiegare la quantità totale di fotoni di raggi gamma provenienti dall'esterno della nostra Galassia. Infatti, di questi circa il 75% è disperso.
Sfondo di raggi gamma isotropi
Già alla fine degli anni Sessanta, gli osservatori orbitanti hanno trovato uno sfondo diffuso di raggi gamma provenienti da tutte le direzioni dell'universo. Se avessi una visione a raggi gamma, e guardai il cielo, non ci sarebbe posto che sarebbe buio.
La fonte di questo cosiddetto sfondo di raggi gamma isotropi è rimasta finora sconosciuta. Questa radiazione potrebbe essere prodotta da blazar irrisolti, o altre sorgenti troppo deboli per essere rilevate con il telescopio Fermi. Parti dello sfondo dei raggi gamma potrebbero anche contenere l'impronta digitale dell'illustre particella di materia oscura, una particella finora non rilevata ritenuta responsabile dell'80% mancante della materia nel nostro universo. Se due particelle di materia oscura si scontrano, possono annichilirsi e produrre una firma di fotoni di raggi gamma.
Questa vista mostra l'intero cielo in radiazione di raggi gamma, ad energie maggiori di 1 GeV, sulla base di cinque anni di dati dallo strumento Large Area Telescope sul telescopio spaziale a raggi gamma Fermi della NASA. I colori più luminosi indicano un'emissione di raggi gamma più luminosa. La grande banda luminosa al centro è l'emissione della nostra Galassia. Credito:Collaborazione NASA/DOE/Fermi LAT
fluttuazioni
Insieme ai colleghi, Dottor Mattia Fornasa, un fisico astroparticellare presso l'UvA e autore principale dell'articolo, ha eseguito un'analisi approfondita del fondo dei raggi gamma utilizzando 81 mesi di dati raccolti dal Fermi Large Area Telescope:molti più dati e con un intervallo di energia più ampio rispetto agli studi precedenti. Studiando le fluttuazioni nell'intensità del fondo dei raggi gamma, i ricercatori sono stati in grado di distinguere due diversi contributi allo sfondo dei raggi gamma. È necessaria una classe di sorgenti di raggi gamma per spiegare le fluttuazioni a basse energie (inferiori a 1 GeV) e un altro tipo per generare le fluttuazioni a energia più elevata:le firme di questi due contributi sono nettamente diverse.
Nel loro articolo i ricercatori suggeriscono che i raggi gamma nelle gamme ad alta energia - da pochi GeV in su - provengano probabilmente da blazar irrisolti. Ulteriori indagini su queste potenziali fonti sono attualmente in corso da Fornasa, il ricercatore UvA Shin'ichiro Ando e i colleghi dell'Università di Torino, Italia. Però, sembra molto più difficile individuare una fonte per le fluttuazioni con energie inferiori a 1 GeV. Nessuno degli emettitori di raggi gamma conosciuti ha un comportamento coerente con i nuovi dati.
Vincoli sulla materia oscura
Ad oggi, il telescopio Fermi non ha rilevato alcuna indicazione conclusiva di emissione di raggi gamma originati da particelle di materia oscura. Anche, quest'ultimo studio non ha mostrato alcuna indicazione di un segnale associato alla materia oscura. Utilizzando i loro dati, Fornasa e colleghi sono stati persino in grado di escludere alcuni modelli di materia oscura che avrebbero prodotto un segnale rilevabile.
"La nostra misurazione integra altre campagne di ricerca che hanno utilizzato i raggi gamma per cercare la materia oscura e conferma che è rimasto poco spazio per l'emissione di raggi gamma indotta dalla materia oscura nello sfondo di raggi gamma isotropi, "dice Fornasa.
