La nebulosa del Granchio. Foto: NASA, ESA, J. Hester, A. Loll (ASU)

Un’emissione di raggi gamma dotata di energia enorme, cento volte maggiore di quanto era conosciuto finora. L’osservazione della pulsar del Granchio da parte di MAGIC, l’équipe di scienziati internazionali che si avvale dei telescopi costruiti sull’isola di La Palma nelle Canarie, sta rivoluzionando le teorie sulla struttura di questi corpi celesti, le pulsar, stelle di neutroni che si possono formare dopo l’esplosione di una supernova. La ricerca, pubblicata dalla rivista Astronomy & Astrophysics, è opera di un gruppo del quale fanno parte Roberta Zanin (laureata a Padova, ora all’Istituto Max Planck di Heidelberg), che ha coordinato l’analisi delle osservazioni, e Mosè Mariotti, docente al dipartimento di Fisica e Astronomia dell’ateneo padovano. MAGIC è un progetto nato negli anni Novanta, comprende studiosi di 24 istituzioni in rappresentanza di 10 nazioni (per l’Italia Inaf e Infn), e si giova di due telescopi, inaugurati a La Palma nel 2004 e nel 2010. Gli apparecchi lavorano in parallelo perché l’osservazione dei raggi gamma, emissioni ad altissima energia, è fortemente potenziata grazie alla stereoscopia dello stesso fenomeno.

La “sorvegliata speciale” di MAGIC è un oggetto ben noto agli studiosi: la pulsar del Granchio (situata nell’omonima nebulosa, nella costellazione del Toro) è una stella di cui si conosce la data di nascita, il 1054. Dell’esplosione che la originò abbiamo infatti alcune testimonianze dell’epoca: scritte, come le relazioni destinate all’imperatore della Cina, o dipinte, come alcune pitture rupestri nordamericane. Della genesi della pulsar non conserviamo, curiosamente, documenti di provenienza europea (cosa che porta alcuni studiosi a supporre un ruolo attivo della Chiesa nel censurare un fenomeno spettacolare, ma poco inquadrabile nelle teorie cosmologiche ufficiali).

Posta a 6.000 anni luce dalla Terra, la pulsar del Granchio ha un diametro di 20 chilometri ed è caratterizzata da una densità eccezionale: come se, in proporzione, una penna pesasse 500 milioni di tonnellate. Ruota 30 volte al secondo intorno al proprio asse, ed è circondata da un intenso campo magnetico. La ricerca di MAGIC si è concentrata sulla luce gamma, l’emissione luminosa intermittente che dalla pulsar giunge a noi attraverso un fenomeno chiamato “effetto Cherenkov”. La luce che arriva fino alla Terra è frutto del processo attraverso il quale i raggi gamma provenienti dalla stella, giunti a 10 chilometri dalla superficie del nostro pianeta, generano una “cascata” di elettroni e positroni: l’effetto, causato dal fatto che nell’atmosfera terrestre le particelle si muovono a una velocità maggiore della luce, consiste in un “lampo” blu di durata infinitesimale (pochi miliardesimi di secondo) che per essere osservato adeguatamente richiede telescopi appositi, come quelli di MAGIC.

Quello dei raggi gamma è un campo di studi nel quale l’università di Padova ha una lunga tradizione, avviata grazie all’opera di Bruno Rossi, fondatore nel 1937 dell’Istituto di Fisica cittadino. Fino a quest’ultima ricerca, della pulsar si era osservata luce gamma dotata di un’energia pari a un miliardo di volte quella visibile sulla Terra. Ora, l’analisi di MAGIC (frutto di sette anni di studi e oltre 300 ore di osservazioni compiute tra il 2007 e il 2014) ha rivelato la presenza di un’emissione cento volte più energetica di quelle conosciute. Questo risultato implica che le particelle emittenti sono accelerate alla massima energia teoricamente consentita. È una conclusione che modifica radicalmente il modo in cui abbiamo concepito fino ad oggi le pulsar e la genesi dei raggi gamma: più precisamente, indica che le emissioni sono generate ai bordi della magnetosfera (una regione dove campo magnetico e particelle estratte dalla superficie stellare coruotano con la stella) o addirittura al di fuori di essa.

Abbiamo cioè una testimonianza del tutto nuova sul comportamento della materia di fronte a sollecitazioni estreme, e un risultato che, non essendo in linea con i modelli teorici esistenti, apre prospettive inedite nello studio delle pulsar e dei raggi gamma, e che potrebbe portare, in futuro, a nuove scoperte e applicazioni sorprendenti.

Martino Periti