Tracciare i campi magnetici originari più deboli che vagano per lo spazio
I campi magnetici si estendono per milioni di anni luce in tutto l’Universo. I campi molto deboli, all’incirca un milione di volte meno intensi rispetto al campo magnetico della Terra, possono intrufolarsi tra le stelle della nostra Via Lattea, oppure fungere da enormi filamenti che collegano galassie lontane. Nel farlo essi svolgono le proprie attività senza palesarsi, ad eccezione di quando si avvolgono e danno origine a spettacolari manifestazioni, come nel caso dei nuclei galattici attivi.
L’origine del campo magnetico primordiale nell’Universo
La spiegazione dell’origine di questi campi magnetici deboli e del modo in cui si sono ampliati sino a raggiungere i livelli attuali è tuttora un grande enigma. L’ipotesi più plausibile per chiarire le modalità attraverso cui campi magnetici più intensi potrebbero essere nati a partire da campi originari si basa sulla teoria dell’effetto dinamo. «Il concetto è analogo a quello di miscelare una piccola quantità di impasto fermentato con una più grande, il che provoca un rigonfiamento e la lievitazione dello stesso. Analogamente, nel corso della formazione delle galassie nell’Universo primordiale piccoli campi originari innescati dall’effetto dinamo portarono alla generazione di campi magnetici di intensità maggiore», spiega Manuel Meyer, coordinatore di GammaRayCascades, un progetto che ha ricevuto finanziamenti nell’ambito del programma di azioni Marie Skłodowska-Curie. Sebbene questa spiegazione consenta di risolvere un mistero, essa fa anche sorgere una domanda: in che modo nacquero i campi originari, e dove? Indipendentemente dal loro meccanismo di formazione, ci si aspetta di trovarli in regioni vuote dell’Universo e la loro intensità potrebbe essere pari a un miliardesimo di miliardesimo del campo magnetico della Terra.
I raggi gamma quali sonde per piccoli campi magnetici
«La nostra ricerca ha concentrato l’attenzione sull’osservazione indiretta dei campi magnetici originari, un obiettivo conseguito osservando i raggi gamma provenienti da galassie lontane. Tali radiazioni sono molto più energetiche dei raggi X e vengono prodotte da particelle cariche che viaggiano a una velocità prossima a quella della luce nei getti plasmatici emessi dai nuclei galattici attivi, i cosiddetti blazar», riferisce Meyer. Nel loro percorso verso la Terra, i raggi gamma ad alta energia entrano in collisione con fotoni a bassa energia provenienti dalla radiazione cosmica di fondo, annientandosi e creando così coppie elettrone-positrone. Queste particelle cariche «percepiscono» la presenza del campo magnetico debole e iniziano a ruotare intorno ad esso. Fintanto che vi saranno fotoni liberi a percorrere l’Universo, i raggi gamma continueranno a «colpirli» spingendoli verso energie più elevate, creando una cascata a raggi gamma e coppie elettrone-positrone. Risulta pertanto importante distinguere quali siano i raggi gamma derivanti dal segnale a cascata e quali quelli che discendono direttamente dalla sorgente, ovvero il blazar. «Dato che gli elettroni e i positroni seguono percorsi curvi nel campo magnetico, i raggi gamma sembrano allontanarsi dal blazar nel corso del loro itinerario verso la Terra, abbracciando questo blazar puntiforme con un alone di radiazione», osserva Meyer.
La grande importanza dei campi magnetici originari
Grazie a una combinazione di dati osservazionali ricavati mediante il telescopio spaziale per raggi gamma Fermi e il sistema HESS, i ricercatori hanno posto dei limiti mai così ristretti in precedenza sulla soglia minima che l’intensità del campo originario deve superare per rilevare tale alone. I ricercatori hanno inoltre riferito che un’osservazione della durata di 50 ore di un blazar specifico effettuata con il Cherenkov Telescope Array, un osservatorio di prossima inaugurazione, potrebbe contribuire a sondare intensità sino ad ora incondizionate dei campi magnetici originari. I loro risultati sono riportati qui. «La determinazione dell’intensità dei campi magnetici originari potrebbe fungere da input per lo svolgimento di simulazioni su larga scala relative alla formazione delle galassie. Tali misurazioni potrebbero inoltre aiutare a definire la forza con cui i raggi cosmici provenienti da oltre la Via Lattea vengono deviati nel loro percorso verso la Terra», osserva Meyer. Uno studio simile volto ad approfondire le modalità attraverso cui i campi magnetici polarizzano i segnali radio è stato condotto dal progetto LODESTONE. «In definitiva, la nostra ricerca potrebbe chiarire se i campi originari furono creati nel plasma primordiale estremamente caldo poco dopo il verificarsi del Big Bang oppure durante le esplosioni stellari avvenute quando il gas eiettato e i campi magnetici interni “inquinarono” il resto dell’universo», conclude Meyer.
Parole chiave
GammaRayCascades, raggi gamma, blazar, campi magnetici originari, nuclei galattici attivi, formazione delle galassie, effetto dinamo, coppie elettrone-positrone, alone