Con un telescopio specializzato in Namibia, un team di ricercatori guidato da DESY ha dimostrato che un certo tipo di stella binaria è un nuovo tipo di sorgente di radiazioni gamma cosmiche ad altissima energia. Eta Carinae si trova a 7500 anni luce di distanza nella costellazione della Carina (la chiglia della nave) nel cielo australe e, sulla base dei dati raccolti, emette raggi gamma con energie fino a 400 gigaelettronvolt (GeV), circa 100 miliardi di volte più dell'energia della luce visibile. Il team guidato da Stefan Ohm di DESY, Eva Leser e Matthias Füßling presentano i loro risultati, realizzato presso l'osservatorio di raggi gamma High Energy Stereoscopic System (H.E.S.S.), nel diario Astronomia e astrofisica . Un'animazione multimediale di accompagnamento spiega il fenomeno. "Con tali visualizzazioni vogliamo rendere tangibile il fascino della ricerca, " sottolinea il Direttore della Fisica delle Astroparticelle di DESY, Christian Stegmann.

Eta Carinae è un sistema binario di superlativi, composto da due giganti blu, uno circa 100 volte, l'altro circa 30 volte la massa del nostro sole. Le due stelle orbitano l'una intorno all'altra ogni 5,5 anni in orbite ellittiche molto eccentriche, la loro separazione varia approssimativamente tra la distanza dal nostro Sole a Marte e dal Sole a Urano. Entrambe queste stelle gigantesche si lanciano dense, venti stellari supersonici di particelle cariche nello spazio. Nel processo, il più grande dei due perde una massa equivalente a tutto il nostro Sole in soli 5000 anni circa. Il più piccolo produce un vento stellare veloce che viaggia a una velocità di circa undici milioni di chilometri all'ora (circa l'uno per cento della velocità della luce).

Un enorme fronte d'urto si forma nella regione in cui questi due venti stellari si scontrano, riscaldando il materiale nel vento a temperature estremamente elevate. A circa 50 milioni di gradi Celsius, questa materia irradia brillantemente nella gamma dei raggi X. Le particelle nel vento stellare non sono abbastanza calde da emettere radiazioni gamma, anche se. "Però, regioni d'urto come questa sono tipicamente siti in cui le particelle subatomiche vengono accelerate da forti campi elettromagnetici prevalenti, " spiega Ohm, chi è il capo dell'H.E.S.S. gruppo al DESY. Quando le particelle vengono accelerate così rapidamente, possono anche emettere radiazioni gamma. Infatti, i satelliti "Fermi, " gestito dall'agenzia spaziale statunitense NASA, e AGILE, appartenente all'Agenzia Spaziale Italiana ASI, già rilevato raggi gamma energetici fino a circa 10 GeV provenienti da Eta Carinae nel 2009.

"Sono stati proposti diversi modelli per spiegare come viene prodotta questa radiazione gamma, "Potrebbe essere generato da elettroni accelerati o da nuclei atomici ad alta energia". una grandinata cosmica subatomica che colpisce costantemente la Terra da tutte le direzioni. Nonostante un'intensa ricerca per più di 100 anni, le sorgenti dei Raggi Cosmici non sono ancora completamente conosciute. Poiché i nuclei atomici caricati elettricamente vengono deviati dai campi magnetici cosmici mentre viaggiano attraverso l'universo, la direzione da cui arrivano sulla Terra non punta più alla loro origine. Raggi gamma cosmici, d'altra parte, non vengono deviati. Così, se si può dimostrare che i raggi gamma emessi da una sorgente specifica provengono da nuclei atomici ad alta energia, sarà stato identificato uno degli acceleratori a lungo ricercati della radiazione delle particelle cosmiche.

"Nel caso di Eta Carinae, gli elettroni hanno difficoltà ad essere accelerati ad alte energie, perché vengono costantemente deviati dai campi magnetici durante la loro accelerazione, che gli fa perdere di nuovo energia, " dice Leser. "La radiazione gamma ad altissima energia inizia al di sopra della gamma di 100 GeV, che è piuttosto difficile da spiegare in Eta Carinae per derivare dall'accelerazione degli elettroni." I dati satellitari hanno già indicato che Eta Carinae emette anche radiazioni gamma oltre i 100 GeV, e H.E.S.S. è ora riuscito a rilevare tale radiazione fino a energie di 400 GeV nel periodo dell'incontro ravvicinato delle due giganti blu nel 2014 e 2015. Questo rende la stella binaria il primo esempio noto di una sorgente in cui radiazioni gamma ad altissima energia è generato dalla collisione dei venti stellari.

"L'analisi delle misurazioni della radiazione gamma prese da H.E.S.S. e dai satelliti mostra che la radiazione può essere interpretata al meglio come il prodotto di nuclei atomici rapidamente accelerati, " dice il dottorando di DESY Ruslan Konno, che ha pubblicato uno studio complementare, insieme agli scienziati del Max Planck Institute for Nuclear Physics di Heidelberg. "Ciò renderebbe le regioni d'urto dei venti stellari in collisione un nuovo tipo di acceleratore di particelle naturale per i raggi cosmici". Con H.E.S.S., che prende il nome dallo scopritore dei raggi cosmici, Victor Franz Hess, e il prossimo Cherenkov Telescope Array (CTA), l'osservatorio di raggi gamma di nuova generazione attualmente in costruzione negli altopiani cileni, gli scienziati sperano di indagare questo fenomeno in modo più dettagliato e scoprire più fonti di questo tipo.

Grazie ad osservazioni dettagliate di Eta Carinae a tutte le lunghezze d'onda, le proprietà delle stelle, le loro orbite e i venti stellari sono stati determinati in modo relativamente accurato. Ciò ha fornito agli astrofisici un quadro migliore del sistema stellare binario e della sua storia. Per illustrare le nuove osservazioni di Eta Carinae, gli astrofisici DESY hanno prodotto una video animazione insieme agli specialisti di animazione del pluripremiato Science Communication Lab. Le immagini generate al computer sono vicine alla realtà perché l'orbitale misurato, a tale scopo sono stati utilizzati i parametri stellari e del vento. L'artista multimediale di fama internazionale Carsten Nicolai, che usa lo pseudonimo Alva Noto per le sue opere musicali, ha creato il suono per l'animazione.

"Trovo la scienza e la ricerca scientifica estremamente importanti, "dice Nicolai, che vede stretti paralleli nel lavoro creativo di artisti e scienziati. Per lui, il fascino di questo lavoro risiede anche nella mediazione artistica dei risultati della ricerca scientifica:"in particolare il fatto che non sia una colonna sonora di un film, ma ha un autentico riferimento alla realtà, " sottolinea il musicista e artista. Insieme al suono composto esclusivamente, questa collaborazione unica di scienziati, artisti dell'animazione e musicisti hanno dato vita a un'opera multimediale che accompagna gli spettatori in un viaggio straordinario verso una superlativa stella doppia a circa 7500 anni luce di distanza.