Un’osservazione da record per LST-1 e MAGIC

Un’osservazione da record per LST-1 e MAGIC:
OP 313 è il blazar più lontano mai registrato alle altissime energie

Un nuovo studio delle collaborazioni LST-1 e MAGIC presenta importanti risultati relativi all’osservazione dei raggi gamma emessi da OP 313, il blazar più lontano mai osservato alle altissime energie. L’analisi, pubblicata l’11 agosto sulla rivista Astronomy & Astrophysics, a cui hanno lavorato ricercatrici e ricercatori dell’INFN Istituto Nazionale di Fisica Nucleare e dell’INAF Istituto Nazionale di Astrofisica, combina le osservazioni di LST-1, il prototipo del Large-Sized Telescope del futuro osservatorio CTAO (Cherenkov Telescope Array Observatory), e dei due telescopi MAGIC, attivi presso l’Osservatorio del Roque de los Muchachos, a La Palma, in Spagna.

Le osservazioni congiunte hanno rivelato un flusso di fotoni ad altissima energia (raggi gamma) provenienti da una distanza di circa otto miliardi di anni luce. Analizzando questi dati, i ricercatori e le ricercatrici hanno potuto ottenere importanti informazioni sulla luce di fondo extragalattica (EBL), ovvero la radiazione elettromagnetica emessa da tutte le stelle durante l’intera evoluzione dell’universo, e approfondire i complessi meccanismi di accelerazione delle particelle che avvengono all’interno dei nuclei galattici attivi.

OP 313 è un particolare tipo di nucleo galattico attivo, detto blazar. Al suo interno c’è un buco nero super massiccio che produce un potente getto di particelle, gas e radiazione luminosa, orientato verso la Terra. Più precisamente, è classificato come “quasar radio a spettro piatto” (FSRQ, Flat Spectrum Radio Quasar), una classe di blazar particolarmente luminosa.

Circa 8 miliardi di anni fa, OP 313 ha emesso il potente brillamento di raggi gamma ad altissima energia rivelato dai telescopi LST-1 e MAGIC. Durante il viaggio attraverso il cosmo, il flusso di raggi gamma iniziali si è attenuato, a causa della loro interazione con la luce di fondo extragalattica (EBL). Quando i raggi gamma collidono con la EBL, infatti, producono coppie di particelle, in particolare coppie di elettroni e positroni. Per questo motivo, l’osservazione di questi raggi cosmici è possibile solo con strumenti molto sensibili, e l’analisi di questo flusso di raggi gamma ha permesso alle collaborazioni scientifiche LST-1 e MAGIC di ottenere vincoli stringenti sulla densità della EBL.

“Analizzando il grado di attenuazione della radiazione di altissima energia osservata, possiamo dedurre le proprietà dell’EBL e testare i diversi modelli esistenti. Osservare nuclei galattici attivi sempre più distanti non solo amplia la nostra conoscenza di questi oggetti estremi, ma ci permette anche di comprendere meglio come si sia evoluto l’universo e la luce che lo riempie,” spiega Jorge Otero Santos, ricercatore dell’INFN, coordinatore per ricerche extragalattiche della collaborazione MAGIC, già coordinatore per le stesse ricerche in LST-1 e co-responsabile di questa analisi, e sottolinea: “La scoperta di OP 313 dimostra l’enorme potenziale di LST-1, in vista dell’avvio delle operazioni di CTAO e, al contempo, conferma l’efficacia dei telescopi MAGIC, che sono da 20 anni all’avanguardia nell’astrofisica delle alte energie.”

Dallo studio emerge, inoltre, che l’intensa emissione di raggi gamma è compatibile con la presenza di una densa popolazione di elettroni relativistici in prossimità della sorgente, secondo il cosiddetto “scenario leptonico”. In questo scenario, il massiccio getto di plasma emesso dal buco nero supermassiccio di OP 313 accelera gli elettroni fino a velocità prossime a quella della luce. Gli elettroni relativistici interagiscono così con i fotoni di bassa energia che circondano il buco nero, trasferendo parte della loro energia e trasformandoli in raggi gamma ad altissima energia.

“Nel complesso, questi risultati rappresentano un importante passo avanti nella comprensione dei meccanismi interni di accelerazione delle particelle e produzione di raggi gamma nei blazar come OP 313, e mostrano come sorgenti così lontane possano essere utilizzate anche per studiare la radiazione luminosa che permea l’Universo,” sottolinea Lucio Angelo Antonelli, dirigente di ricerca INAF, co-principal investigator del Consorzio internazionale LST e rappresentante INAF presso il Consortium Board della collaborazione internazionale MAGIC, e aggiunge: “L’astronomia gamma da Terra vede la comunità scientifica italiana assoluta protagonista nella realizzazione e nella conduzione degli osservatori dell’attuale generazione e della prossima, in particolar modo il CTAO.”

LST-1 è il prototipo dei Large-Sized Telescope, attualmente in fase di test presso il sito settentrionale del CTAO, a La Palma, in Spagna. Gli LST sono progettati per osservare la componente a più bassa energia della radiazione gamma che sarà oggetto di studio del Cherenkov Telescope Array Observatory (CTAO). La collaborazione CTAO LST riunisce oltre 500 scienziati, scienziate, ingegnere e ingegneri provenienti da 25 istituzioni in 11 paesi diversi. L’Italia ricopre un ruolo di primo piano nella collaborazione LST, con ricercatrici e ricercatori, dell’INFN e dell’INAF e di numerose università italiane, impegnati nello sviluppo e nella costruzione dei telescopi, nelle attività di test e nell’analisi scientifica dei dati.

I telescopi MAGIC (Major Atmospheric Gamma Imaging Cherenkov) sono due telescopi Cherenkov che operano insieme dallo stesso sito di La Palma. Il primo ha iniziato a operare nel 2003, mentre il secondo è entrato in funzione nel 2009. La collaborazione MAGIC riunisce quasi 400 scienziate, scienziati, ingegnere e ingegneri da 12 paesi, tra cui l’Italia, che partecipa al progetto sin dalle origini, contribuendo allo sviluppo della strumentazione, alla raccolta e all’analisi dei dati e allo studio dei fenomeni astrofisici di altissima energia.

La partecipazione italiana alle collaborazioni CTAO LST e MAGIC coinvolge l’INFN, l’INAF e le Università degli Studi di Bari, Bologna, L’Aquila, Napoli, Palermo, Padova, Pisa, Siena, Udine, Torino, Trieste, il Politecnico di Bari e il Gran Sasso Science Institute.