SPAZIO/ La missione di Glast con un “cuore” italiano

Il nostro universo è una miniera di informazioni inesauribile e affascinante e le nostre capacità di osservarlo crescono sempre più. Il bello è che oggi abbiamo a disposizione una grande varietà di strumenti e di metodi di osservazione, inimmaginabili non solo per Galileo o Newton ma anche solo per gli astronomi di un secolo fa. Da circa 80 anni è iniziata l’intensa attività delle diverse “astronomie”, cioè della possibilità di captare dagli oggetti celesti non solo la luce visibile ma anche tutta una serie di radiazioni non percepibili dall’occhio umano e che coprono una vasta parte dello spettro elettromagnetico: dalle radioonde, alle microonde, ai raggi X, ai raggi gamma.
E proprio alla raccolta di questi ultimi è dedicata la missione GLAST (Gamma-ray Large Area Space Telescope), lanciata con successo l’11 giugno e ora in orbita a 550 chilometri dalla superficie terrestre da dove inizierà a fotografare (si fa per dire) i nuclei di galassie attive e gli spettacolari lampi gamma (gamma burst) conseguenti alle potenti esplosioni prodotte dal collasso di grandi stelle.
La missione GLAST vede un consistente contributo italiano e uno dei ricercatori più coinvolti negli esperimenti è Guido Barbiellini Amidei, dell’Infn (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare) che abbiamo raggiunto all’università di Trieste dove insegna e dove si occupa di Fisica astroparticellare nello spazio.

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Glast può catturare raggi Gamma di notevole energia: tra un miliardo e decine di miliardi di elettronvolt (si pensi che la luce visibile ha energie di pochi elettronvolt): si tratta di una radiazione molto penetrante che quindi può portare informazioni da punti molto lontani dell’universo. Inoltre, energie così elevate e con una distribuzione del tipo di quella che abbiamo negli acceleratori di particelle, non possono provenire da fenomeni altamente termici come quelli solari, che ci inviano luce e calore dal sole: devono derivare da qualche meccanismo di accelerazione. Potremmo dire che nel cosmo ci sono degli oggetti e dei fenomeni che funzionano come degli enormi acceleratori; ciò in effetti è già noto, ma le informazioni attualmente disponibili non sono sufficienti per scegliere tra i possibili modelli. Ci auguriamo che Glast, insieme agli altri strumenti in funzione sia nello spazio sia a terra, possa fornirci indicazioni così costringenti che la via per trovare il modello più valido risulti segnata.

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Il motivo che spinge a studiare le sorgenti gamma dal satellite è che questi raggi, nonostante siano fortemente energetici, non riescono a penetrare nella nostra atmosfera. Sembra stano, ma ciò è dovuto alla natura della radiazione elettromagnetica. La luce visibile infatti, riesce a penetrare l’atmosfera perchè la sua lunghezza d’onda è maggiore della dimensione dell’atomo, quindi per la radiazione visibile l’atmosfera è come un insieme di oggetti neutri. La lunghezza d’onda associata ai raggi gamma, invece, è più piccola delle dimensioni dell’atomo, quindi c’é un’interazione violenta tra la radiazione elettromagnetica gamma e il campo elettrico dei nuclei: ciò impedisce ai raggi gamma di arrivare sulla Terra. Ecco perché questi studi sono nati nella seconda metà del secolo scorso, con l’inizio dell’esplorazione spaziale.

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Una delle precedenti missioni in questo settore stava a bordo di una navicella spaziale molto grossa e importante della Nasa, chiamata Compton Gamma-ray Observator (in onore del fisico Arthur Holly Compton); la missione, basate su tecnologie ottime per quegli anni, ha volato dagli anni Novanta al Duemila quando, per un guasto all’astronave, è stata fatta rientrare nell’oceano. Ora Glast, con un peso simile a quello del precedente esperimento ma con il netto miglioramento delle tecnologie e dei rivelatori, specialmente a stato solido, riuscirà a fornire prestazioni decisamente migliori. Cosa ottenuta in parte, con una dimensione minore, anche da una missione italiana, denominata Agile (Astro-rivelatore Gamma a Immagini Leggero), che sta volando da un anno.

Una delle aspettative maggiori è che si possa dare una risposta all’enigma di quella che viene ormai chiamata materia oscura: si tratta di una componente dominante del nostro universo, superiore di sei-sette volte alla materia che conosciamo. Della materia oscura ci sono tante evidenze indirette, ma la chiave della sua natura non è stata trovata: ci sono buone premesse perchè Glast possa portare o alla sua scoperta, o ci possa dare con chiarezza i limiti delle teorie che ne prevedono l’esistenza.

C’è in ambedue i tipi di ricerca il desiderio di scoprire le leggi fondamentali della natura. La principale differenza è che negli acceleratori le condizioni in cui studiamo la materia ad altissima densità energetica sono prodotte da noi, cioè da grandi macchine che fanno collidere le particelle elementari: lo stato iniziale è quindi ben noto, anche se poi le trasformazioni di questa densità di energia vengono approfondite e investigate in modo sofisticato. Quando si fa ricerca direttamente nello spazio, come nel caso di Glast, le condizioni dell’esperimento sono già prodotte e quindi il problema è di dedurre, in base ai segnali che arrivano sulla Terra, quale tipo di esperimento ha “imbastito” la natura.

La missione Glast è nata come proseguimento della precedente, perché gli americani avevano l’idea di usare una strumentazione più moderna, proprio quella sviluppata da fisici delle particelle. Per questa strumentazione – si tratta dei rivelatori al silicio – molti gruppi italiani che lavoravano al Cern erano probabilmente all’avanguardia mondiale. L’Italia, in particolare il gruppo di Pisa, ha portato questa tecnologia agli alti livelli di affidabilità richiesti dallo spazio e per una quantità di rivelatori veramente imponente. Il contributo italiano nel cuore di questo rivelatore è stato veramente di altissimo livello.