i dolori del giovane universo

prospettive
Astri & particelle
I dolori del giovane universo
U
di Roberto Battiston
Professore ordinario
di fisica generale
all’Università di Perugia
n messaggio nella bottiglia ci mette tempo ad arrivare: anche 13 miliardi di anni.
Il 23 aprile scorso, alle 9.55 ora di Greenwich, il satellite NASA Swift ha rilevato con i suoi
sensori nell’infrarosso l’esplosione gamma più distante mai osservata, avvenuta più di 13 miliardi
di anni fa: GRB 090423. Solo 20 minuti dopo un
gruppo di astronomi delle Hawaii riusciva a fotografare da terra un punto di luce rossastro con uno
spostamento doppler z pari a 8,2, tale cioè da comprimere di 9,2 volte lo spettro di frequenza della
luce emessa. Se si trattasse di suoni, si tratterebbe
di uno spostamento dai toni alti di un soprano leggero ai toni di un basso.
ratterizzato l’universo durante il primo miliardo
di anni di vita, riempiendolo di materia ionizzata
che si ricondensava per formare nuove stelle, che
a loro volta esplodevano. A ogni generazione la
quantità di elementi pesanti (metallicità) presente nell’universo aumentava; fino a giungere, molto
tempo dopo, alle stelle più recenti, come il nostro
Sole, e in generale a quell’abbondanza di elementi
pesanti che caratterizza il sistema solare. Swift ha
probabilmente rivelato una tra i miliardi di supernove della proto-evoluzione stellare: una fase senza la quale non sarebbe possibile l’esistenza della
vita basata sul carbonio, la stessa che oggi osserva
quell’evento lontano.
Spectrum/NASA E/PO/Sonoma State University/Aurore Simonnet
Troppi positroni
a spasso per il cosmo
un rondone a caccia di lampi.
Lanciato il 20 novembre 2004,
l’osservatorio Swift è dotato di tre
strumenti per lo studio dei lampi di
raggi gamma (gamma-ray burst, GRB)
a diverse lunghezze d’onda, sviluppati
da una collaborazione internazionale
tra Stati Uniti, Regno Unito e Italia.
Battezzato con il nome inglese del
rondone per sottolineare l’agilità con
cui può spostarsi verso il punto di
origine di un lampo, finora Swift ha
individuato oltre 400 GRB.
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Come era fatto l’universo 700 milioni di anni dopo il big bang? Nei primi minuti, dai nuclei
di idrogeno (i protoni) furono prodotti solo isotopi
dei quattro elementi più leggeri: idrogeno, elio, litio e berillio. Per gli elementi più pesanti sono necessari processi nucleari che possono avvenire solo
nel nucleo di una stella. La formazione delle prime stelle, composte solo di elementi leggeri, è stata
un processo molto più lento, avvenuto solo 400500 milioni di anni più tardi, e di cui sappiamo abbastanza poco. Probabilmente queste stelle erano
molto grandi, centinaia di volte la massa del Sole, con una vita media molto breve, dell’ordine di
un milione di anni; dopo di che esplodevano come supernove, distribuendo nel cosmo gli elementi più pesanti prodotti al loro interno.
Questa serie di colossali fuochi d’artificio ha ca-
Questa volta tocca alle particelle di alta energia
darci una notizia eccitante. Si tratta di misure fatte da strumenti spaziali realizzati da gruppi ricercatori italiani dell’INFN con il supporto dell’ASI. La
prima misura è stata pubblicata su «Nature» dalla collaborazione PAMELA, uno spettrometro magnetico italo-russo in grado di identificare i raggi
cosmici carichi fino a energie di centinaia di GeV.
Studiando la dipendenza dall’energia della frazione di positroni su elettroni, PAMELA ha osservato
come i positroni raddoppino tra i 10 e gli 80 GeV.
Questo implica una sorgente di positroni in più rispetto a quelle previste dai modelli convenzionali,
come per esempio una o più pulsar in grado di accelerare elettroni e positroni fino ad energie di migliaia di GeV. Ma potrebbe essere anche un segnale
di materia oscura (si veda l’intervista a Piergiorgio
Picozza sul numer di maggio), dovuto all’annichilazione di particelle stabili debolmente interagenti,
con massa centinaia di volte la massa del protone:
come il neutralino, la più leggera delle particelle
previste dal modello supersimmetrico.
Il satellite FERMI della NASA, da un anno in orbita e realizzato in gran parte dall’industria italiana in collaborazione con INFN, ASI e INAF, sembra
confermare l’effetto visto da Pamela. FERMI può
identificare, senza separarli, elettroni e positroni. Lo
spettro energetico misurato fino a quasi 800 GeV e
appena descritto su «Physical Review Letters» mostra un marcato eccesso che si estende fino a circa
400 GeV. Ulteriori dati raccolti da terra dal rivelatore a specchi Cerenkov HESS estendono questa misura fino sopra il TeV, dove questo eccesso sparisce.
Materia oscura o pulsar? Questo è il problema.
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