{"id":128004,"date":"2023-12-19T19:16:19","date_gmt":"2023-12-19T18:16:19","guid":{"rendered":"https:\/\/www.donnecultura.eu\/?p=128004"},"modified":"2023-12-19T19:25:01","modified_gmt":"2023-12-19T18:25:01","slug":"fotone-di-altissima-energia-associato-al-lampo-gamma-piu-potente-finora-registrato","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.donnecultura.eu\/?p=128004","title":{"rendered":"Fotone di altissima energia associato al lampo gamma pi\u00f9 potente finora registrato"},"content":{"rendered":"
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Cliccare sull’immagine per ingrandirla – una immagine artistica di un lampo di raggi gamma<\/strong> (GRB). Crediti: ESO\/A. Roquette.<\/figcaption><\/figure>\n

Lo studio di un gruppo tutto italiano su un fotone di altissima energia associato al lampo gamma pi\u00f9 potente finora registrato.<\/strong><\/p>\n

La rilevazione di questo fotone sulla Terra ha messo in crisi l\u2019attuale modello che descrive questi violentissimi eventi celesti.<\/strong><\/p>\n

Le ricercatrici e ricercatori dell\u2019INAF e dell\u2019INFN che hanno scritto l’articolo appena pubblicato sulla rivista Physical Review Letters provano a far luce su questo fotone che non sarebbe mai dovuto arrivare sulla Terra,<\/strong> proponendo un\u2019interpretazione che contempla la presenza di una oscillazione tra fotoni e ALP, ipotetiche particelle previste dalla teoria delle stringhe.<\/strong><\/p>\n

QUEL FOTONE CHE NON SAREBBE MAI DOVUTO ARRIVARE SULLA TERRA<\/strong><\/p>\n

Un fotone di altissima energia associato al lampo gamma pi\u00f9 potente finora registrato<\/strong> ha messo in crisi l\u2019attuale modello che descrive questi violentissimi eventi celesti.<\/p>\n

Un gruppo tutto italiano composto da ricercatrici e ricercatori dell\u2019INAF e dell\u2019INFN prova a far luce su questo fotone che non sarebbe mai dovuto arrivare sulla Terra,<\/strong> proponendo un\u2019interpretazione che contempla la presenza di una oscillazione tra fotoni e ALP, ipotetiche particelle previste dalla teoria delle stringhe.<\/p>\n

Un singolo fotone ma talmente energetico da mettere in crisi gli attuali modelli astrofisici sulla propagazione dei raggi gamma<\/strong>.<\/p>\n

L\u2019evento nel quale \u00e8 stato osservato, chiamato BOAT (brightest of all time, ovvero il pi\u00f9 luminoso di tutti i tempi), \u00e8 il lampo di raggi gamma (gamma-ray burst, GRB) GRB 221009A, emesso da una galassia a oltre due miliardi di anni luce da noi e rivelato \u2013 da terra e nello spazio \u2013 il 9 ottobre 2022.<\/strong><\/p>\n

Tra i fotoni gamma di altissima energia intercettati dal rivelatore cinese LHAASO in occasione di questo evento, ce n\u2019era, appunto, uno di addirittura 18 TeV<\/strong>: l\u2019energia pi\u00f9 elevata mai registrata da un GRB.<\/p>\n

Un\u2019interessante interpretazione di questa inaspettata osservazione viene fornita da uno studio interamente italiano<\/strong>, coordinato da INAF Istituto Nazionale di Astrofisica insieme a INFN Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, con autori Giorgio Galanti, Lara Nava, Marco Roncadelli, Fabrizio Tavecchio e Giacomo Bonnoli, pubblicato oggi, 18 dicembre, su Physical Review Letters.<\/p>\n

\u201cPochi minuti dopo aver avuto notizia dell\u2019esplosione \u2013 ricorda Giorgio Galanti dell\u2019INAF, primo autore dell\u2019articolo \u2013 abbiamo intuito che questo GRB non solo poteva essere un evento astrofisico straordinario ma poteva anche rappresentare un\u2019opportunit\u00e0 unica per studi di fisica fondamentale, in particolare riguardo alle axion-like particles\u201d.<\/strong><\/p>\n

Secondo l\u2019ipotesi avanzata dal gruppo di ricerca, quel fotone cos\u00ec energetico potrebbe essere un \u2018fotone trasformista\u2019: capace cio\u00e8 di cambiare natura<\/strong>, oscillando da una \u2018personalit\u00e0\u2019 all\u2019altra mentre viaggia alla velocit\u00e0 della luce. E le ALP \u2013 le axion-like particles, ipotetiche particelle previste dalla teoria delle stringhe candidate per costituire la materia oscura fredda, simili ad altre particelle altrettanto ipotetiche, gli assioni<\/strong> \u2013 sarebbero una di queste personalit\u00e0.<\/p>\n

Un po\u2019 come Mr. Hyde, una ALP \u00e8 infatti in grado di compiere azioni che un fotone, il Dr. Jekyll di questa strana storia, non riuscirebbe mai a portare a termine:<\/strong> attraversare indenne la cosiddetta EBL \u2013 l\u2019extragalactic background light, la luce di fondo extragalattica, ovvero la luce emessa da tutte le stelle durante l\u2019intera evoluzione dell\u2019universo.<\/strong><\/p>\n

Quando un fotone di alta energia \u2014 diciamo superiore a 100 GeV \u2014 urta un fotone dell\u2019EBL, c\u2019\u00e8 una probabilit\u00e0 che si formi una coppia elettrone-positrone, che fa scomparire il fotone di alta energia<\/strong>.<\/p>\n

E questo effetto diventa progressivamente pi\u00f9 importante al crescere sia dell\u2019energia, sia della distanza.<\/strong><\/p>\n

Ritornando, quindi, al GRB 221009A, secondo la fisica convenzionale, i fotoni di energia superiore a circa 10 TeV verrebbero completamente assorbiti.<\/strong> Considerando il redshift della sorgente, e dunque l\u2019enorme distanza percorsa dal lampo gamma, i fotoni a energie pi\u00f9 elevate in teoria non sarebbero mai stati in grado di giungere fino a noi. Come \u00e8 allora possibile che LHAASO, unico strumento per la rivelazione dei lampi gamma a non essere andato in saturazione quel 9 ottobre di un anno fa, abbia osservato fotoni del GRB 221009A a energie comprese fra 500 GeV e 18 TeV? \u00c8 qui che entrano in gioco, appunto, le ALP.<\/p>\n

\u201cSecondo la nostra ipotesi, in presenza di campi magnetici, i fotoni si tramutano in ALP e viceversa, \u2014 spiega Marco Roncadelli, ricercatore associato all\u2019INFN e all\u2019INAF \u2014 rendendo cos\u00ec possibile raggiungere la Terra a un maggior numero di fotoni, perch\u00e9 le ALP sono invisibili ai fotoni del fondo extragalattico\u201d<\/strong>.<\/p>\n

Entrando un po\u2019 pi\u00f9 nel dettaglio, le ALP si accoppiano a due fotoni, ma non a un singolo fotone. Questo fatto implica che in presenza di un campo magnetico esterno \u2013 che, come \u00e8 ben noto, \u00e8 costituito da fotoni \u2013 si possono avere \u2018oscillazioni fotone-ALP\u2019. Queste sono molto simili alle oscillazioni dei neutrini massivi di tipo diverso, con la sola differenza che per le ALP l\u2019esistenza del campo magnetico \u00e8 essenziale al fine di garantire la conservazione del momento angolare, in quanto il fotone ha spin 1 mentre le ALP hanno spin 0: lo spin mancante o eccedente \u00e8 compensato dal campo magnetico esterno.<\/p>\n

L\u2019oscillazione tra fotoni e ALP per aggirare l\u2019opacit\u00e0 del fondo extragalattico ai fotoni di energia elevata non \u00e8 un\u2019idea inedita<\/strong>:<\/p>\n

\u00e8 una soluzione proposta per la prima volta nel 2007 da Alessandro De Angelis, Oriana Mansutti e Marco Roncadelli.<\/p>\n

Ed \u00e8 una soluzione a un problema pi\u00f9 generale di quello posto da questo gamma-ray burst. Oltre ai lampi di raggi gamma, ci sono infatti altre sorgenti distanti che emettono fotoni a energie elevatissime eppure in grado di giungere fino a noi, in barba alla fisica standar<\/strong>d. Sorgenti come i quasar di tipo FSRQ (flat spectrum radio quasar),<\/strong> dove la componente \u2018opaca\u2019 che intralcia la corsa dei fotoni ad alta energia, fino a renderne teoricamente impossibile la fuoriuscita, non \u00e8 la ELB ma qualcosa di molto simile: un campo di radiazione ultravioletta all\u2019interno della sorgente stessa. O i blazar di tipo BL Lac, il cui spettro \u2013 come mostrato da uno studio pubblicato nel 2020 dagli stessi Galanti, Roncadelli e De Angelis insieme a Giovanni F. Bignami \u2013 sarebbe in alcuni casi inspiegabile senza ricorrere a un meccanismo che consenta di aumentare la \u2018trasparenza cosmica\u2019, riducendo quindi l\u2019assorbimento prodotto dall\u2019EBL.<\/strong><\/p>\n

Fotoni da quasar FSRQ, fotoni da blazar BL Lac e ora fotoni da questo lampo gamma BOAT, dunque. Tutt\u2019e tre apparentemente inconcepibili entro il perimetro della fisica standard.<\/strong><\/p>\n

Ma tutt\u2019e tre spiegabili se al posto di \u2018semplici\u2019 fotoni ci fossero particelle \u201cJekyll-Hyde\u201d che oscillano da fotone ad ALP e viceversa.<\/strong><\/p>\n

Per dare solidit\u00e0 a questa ipotesi, serviranno altre osservazioni, e saranno per questo di grande aiuto i nuovi osservatori astrofisici per alte energie \u2013<\/strong> primi fra tutti CTA e l\u2019italiano ASTRI \u2013 pronti a entrare in funzione nei prossimi anni.<\/p>\n

L\u2019articolo Observability of the very-high-energy emission from GRB 221009A di Giorgio Galanti, Lara Nava, Marco Roncadelli, Fabrizio Tavecchio, Giacomo Bonnoli viene pubblicato oggi sulla rivista Physical Review Letters.<\/p>\n

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