Gli scienziati esplorano come funziona la gamma

Jun 13, 2023

Dopo la firma del Trattato sulla messa al bando dei test nucleari nel 1963, gli scienziati americani lanciarono dei satelliti con l'obiettivo di monitorare la Terra per individuare picchi di raggi gamma, la cui emissione è il segno rivelatore di un test nucleare clandestino. Tuttavia, gli scienziati sono rimasti sorpresi quando hanno trovato esplosioni di raggi gamma non provenienti dalla Terra ma dallo spazio.

Questi picchi transitori di radiazioni non erano opera di extraterrestri che facevano esplodere bombe nucleari. Erano la firma di un lampo di raggi gamma, l'esplosione più potente e pericolosa dell'Universo. Questi eventi sono così mortali che se si verificassero ovunque nelle vicinanze cosmiche della Terra, sterilizzerebbero il pianeta. Per comprendere meglio il fenomeno, i ricercatori del laboratorio europeo del CERN stanno utilizzando un potente acceleratore di particelle per ricreare in laboratorio le intense condizioni che caratterizzano un lampo di raggi gamma.

Si ritiene che un lampo di raggi gamma si formi quando una stella massiccia esaurisce il combustibile nucleare e il suo nucleo collassa su se stesso, formando un buco nero. Quando la stella collassa, forma campi magnetici molto forti, che impediscono a parte del materiale della stella di cadere nel buco nero. Questi campi magnetici guidano parte di questo materiale verso i poli della stella, quindi lo lanciano nello spazio quasi alla velocità della luce.

Il flusso di materiale espulso da ciascun polo è chiamato getto e il materiale stesso è un plasma caldo, che è il risultato del riscaldamento di un gas a tali estremi da perdere alcuni elettroni dai suoi atomi. I getti includono anche raggi gamma, insieme a un intenso spruzzo di elettroni e positroni (l’equivalente antimateria degli elettroni). Gli elettroni e i positroni interagiscono con i campi magnetici in modi complessi.

Questi getti di plasma sono estremamente luminosi. In meno di un secondo producono tanta energia quanta ne emetterà il Sole tra 10 miliardi di anni e possono essere facilmente rilevati a miliardi di anni luce di distanza. Sono anche abbastanza mortali. Secondo alcune teorie, se un lampo di raggi gamma dovesse verificarsi entro circa 200 anni luce dalla Terra e i getti fossero puntati direttamente verso di noi, il nostro pianeta verrebbe vaporizzato. A distanze maggiori, ma sempre nella Via Lattea, la radiazione sterilizzerebbe tutta la vita sul lato della Terra rivolto verso l’esplosione.

Anche un lampo di raggi gamma proveniente da oltre un miliardo di anni luce di distanza può interrompere le comunicazioni radio qui sulla Terra. Sono così potenti. Fortunatamente, queste esplosioni sono relativamente rare e gli astronomi non credono che nessuna stella nelle vicinanze della Terra sia candidata a generarne una. Tuttavia, alcuni scienziati ritengono che un lampo di raggi gamma sia stato responsabile dell'estinzione di massa dell'Ordoviciano-Siluriano circa 440 milioni di anni fa, durante la quale si estinsero circa l'85% delle specie dell'epoca.

Possiamo descrivere i meccanismi di base che guidano i lampi di raggi gamma, ma i dettagli rimangono un mistero. È molto difficile per qualsiasi laboratorio ricreare la necessaria combinazione di campi magnetici caotici all’interno di un plasma denso e molto caldo. Tuttavia, i ricercatori stanno finalmente per dare un’occhiata a queste complicate condizioni.

Gli scienziati del laboratorio europeo del CERN hanno creato una struttura che chiamano Fireball. Il CERN è il laboratorio di fisica delle particelle più importante d'Europa, famoso soprattutto per ospitare il Large Hadron Collider, l'acceleratore di particelle con la più alta energia del mondo. Il Collider è il componente finale di una serie di acceleratori di particelle più piccoli. Ogni acceleratore aumenta l'energia di un fascio di particelle di una certa quantità e poi la trasmette all'acceleratore successivo nella catena. In molti sensi, è come le varie marce di un'automobile: ciascuna marcia è regolata per una certa velocità.

Uno degli acceleratori del complesso del Large Hadron Collider è chiamato supersincrotrone protonico. In questo acceleratore i protoni raggiungono il 99,9998% della velocità della luce. Questi protoni vengono poi lanciati contro un bersaglio stazionario. In una procedura a più fasi, vengono convertiti in un fascio di elettroni e positroni altamente energetici. Infine, questo fascio di elettroni/positroni viene diretto verso un contenitore in cui si forma un plasma caldo. (Questo non è così pericoloso come sembra. Dopo tutto, le lampade fluorescenti contengono plasma, così come le sfere di plasma, che possono essere acquistate nei negozi di articoli nuovi.)