Il cielo X e gamma: concerto per soprano - parte ... - IASF Palermo
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XV Settimana della Cultura Scientifica e Tecnologica<br />
<strong>Palermo</strong> 15-17 marzo 2005<br />
LA SINFONIA DEI FOTONI<br />
<strong>Il</strong> <strong>cielo</strong> X e Gamma: <strong>concerto</strong> <strong>per</strong> <strong>soprano</strong><br />
PARTE II<br />
IL CIELO GAMMA<br />
di A. La Barbera<br />
A. La Barbera: IL CIELO GAMMA - <strong>Palermo</strong> 15-17 marzo 2005
Come appare il <strong>cielo</strong> osservato ai raggi <strong>gamma</strong>?<br />
Che cosa sono i raggi <strong>gamma</strong>?<br />
I raggi <strong>gamma</strong> sono fotoni estremamente energetici (da<br />
100 keV in su). Essi sono stati sco<strong>per</strong>ti come uno dei<br />
prodotti del decadimento radioattivo di alcuni nuclei<br />
atomici. Sono stati riconosciuti come fotoni <strong>per</strong>ché non<br />
venivano deviati dai campi magnetici.<br />
Dallo spazio siamo continuamente bombardati da fotoni<br />
<strong>gamma</strong> anche di energia molto elevata.<br />
Scopo dell’astronomia <strong>gamma</strong> è proprio lo studio<br />
dell’origine di questa radiazione. Quali sono le sorgenti?<br />
Quali processi fisici sono coinvolti?<br />
A. La Barbera: IL CIELO GAMMA - <strong>Palermo</strong> 15-17 marzo 2005
<strong>Il</strong> filmato è stato cortesemente fornito da<br />
NASA – Goddard Space Flight Center<br />
http://imagine.gsfc.nasa.gov<br />
A. La Barbera: IL CIELO GAMMA - <strong>Palermo</strong> 15-17 marzo 2005
I raggi <strong>gamma</strong> sono prodotti in processi fisici<br />
estremi che coinvolgono energie elevatissime,<br />
espressione di un universo definito violento.<br />
I principali meccanismi di produzione di raggi<br />
<strong>gamma</strong> sono:<br />
Radiazione di sincrotrone<br />
Collisione tra protoni<br />
Effetto Compton inverso<br />
Radiazione di bremstrahlung<br />
Annichilazione<br />
A. La Barbera: IL CIELO GAMMA - <strong>Palermo</strong> 15-17 marzo 2005
E’ solo negli ultimi trent’anni che è stato possibile osservare il<br />
<strong>cielo</strong> nella banda di energia <strong>gamma</strong>. Anche <strong>per</strong>ché tale<br />
osservazione deve essere fatta dallo spazio.<br />
I raggi <strong>gamma</strong> attraversano la maggior <strong>parte</strong> dei materiali e non<br />
possono essere riflessi con uno specchio. E’ stato dunque<br />
necessario sviluppare una tecnologia specifica sia <strong>per</strong> misurare<br />
la loro energia sia <strong>per</strong> stabilire la direzione di provenienza.<br />
Per misurare l’energia del fotone <strong>gamma</strong> fino al TeV si usano<br />
principalmente:<br />
•Scintillatori<br />
•Rivelatori a stato solido<br />
Per poter ricostruire la direzione di arrivo del fotone:<br />
•Rivelatori <strong>per</strong> la produzione di coppia (sopra 30 MeV) o lo<br />
“scattering Compton (1-30 MeV)”<br />
•Maschere codificate<br />
A. La Barbera: IL CIELO GAMMA - <strong>Palermo</strong> 15-17 marzo 2005
Ecco uno schema di una camera a scintille capace<br />
di rivelare la direzione di fotoni <strong>gamma</strong> con energia<br />
maggiore di 20-30 MeV.<br />
A. La Barbera: IL CIELO GAMMA - <strong>Palermo</strong> 15-17 marzo 2005
Ecco come appare il <strong>cielo</strong> <strong>gamma</strong> visto da EGRET<br />
A. La Barbera: IL CIELO GAMMA - <strong>Palermo</strong> 15-17 marzo 2005
Dove nascono i raggi <strong>gamma</strong><br />
AGN (Blazars ) con forte variabilità e alta luminosità<br />
intrinseca;<br />
Pulsar (Crab, Vela);<br />
Sorgenti non identificate (2/3 del totale)<br />
I Gamma Ray Burst;<br />
L’emissione diffusa del piano galattico (nasce<br />
dall’interazione dei raggi cosmici con l’idrogeno<br />
interstellare);<br />
Fondo;<br />
Solar flares.<br />
A. La Barbera: IL CIELO GAMMA - <strong>Palermo</strong> 15-17 marzo 2005
A. La Barbera: IL CIELO GAMMA - <strong>Palermo</strong> 15-17 marzo 2005
Che tipo di informazioni possiamo ottenere dallo studio<br />
dei raggi <strong>gamma</strong> provenienti dallo spazio?<br />
Comprendere quali sono i meccanismi di accelerazione<br />
che riescono a produrre fotoni così energetici.<br />
Capire l’origine dei raggi cosmici.<br />
Capire meglio la fisica degli AGN, pulsar, sorgenti X<br />
binarie, buchi neri, GRB.<br />
A. La Barbera: IL CIELO GAMMA - <strong>Palermo</strong> 15-17 marzo 2005
Che cosa succede ad energia ancora più alte (oltre 1 TeV)?<br />
E’ possibile rivelare indirettamente i fotoni <strong>gamma</strong> a queste<br />
energie da terra attraverso lo studio dello sciame di particelle<br />
originato dall’interazione del fotone <strong>gamma</strong> con le particelle<br />
dell’atmosfera.
L’es<strong>per</strong>imento VERITAS raccoglie la luce Cherenkov<br />
prodotta nello sciame<br />
ARGO studia le particelle<br />
dello sciame che arrivano<br />
sui rivelatori posti<br />
sull’altopiano del Tibet<br />
A. La Barbera: IL CIELO GAMMA - <strong>Palermo</strong> 15-17 marzo 2005
Gamma Air Watcher<br />
Presso l’<strong>IASF</strong> di <strong>Palermo</strong> è in fase di studio un<br />
progetto <strong>per</strong> l’osservazione del <strong>cielo</strong> ad energie<br />
su<strong>per</strong>iori al TeV<br />
Tale progetto si chiama GAW<br />
Lo scopo è quello di avere un telescopio Cherenkov<br />
con un grande campo di vista.<br />
In questo modo è possibile guardare larghe<br />
porzioni di <strong>cielo</strong> ed osservare anche fenomeni<br />
transitori di breve durata che altrimenti sarebbe<br />
molto improbabile osservare.<br />
A. La Barbera: IL CIELO GAMMA - <strong>Palermo</strong> 15-17 marzo 2005
Ma dallo spazio non arrivano soltanto fotoni. Per<br />
esempio tutti sappiamo che sulla terra arrivano<br />
meteoriti, polvere, vento solare ma anche:<br />
Raggi cosmici,<br />
Neutrini,<br />
Onde gravitazionali.<br />
Tutti questi oggetti sono messaggeri dell’estrema<br />
vitalità dell’universo e portano informazioni<br />
preziose. <strong>Il</strong> loro studio dà vita ad altre branche<br />
dell’astrofisica.<br />
Ma questa è un’altra storia!<br />
A. La Barbera: IL CIELO GAMMA - <strong>Palermo</strong> 15-17 marzo 2005