Libero
SCIENZA

Un fotone di altissima energia, il più potente registrato, è arrivato sulla Terra: sta mettendo in crisi gli scienziati

Il fotone ad altissima energia arrivato sulla Terra mette in crisi gli attuali modelli astrofisici sulla propagazione dei raggi gamma: cosa sappiamo.

Gli scienziati hanno registrato un fotone di altissima energia che è arrivato sulla Terra da una galassia estremamente distante: a produrlo è stato un evento di enorme violenza, ovvero un lampo di raggi gamma, il più potente mai osservato fino ad ora. Questa scoperta ha lasciato tutti sbalorditi, perché un fotone così energetico non avrebbe mai potuto raggiungere il nostro pianeta, secondo gli attuali modelli astrofisici. Insomma, siamo davanti ad un fenomeno che potrebbe sconvolgere completamente le leggi della fisica standard. Scopriamo qualcosa in più.

Il fotone più energetico mai registrato

Poco più di un anno fa, il rivelatore cinese Lhaaso ha registrato un lampo di raggi gamma soprannominato GRB 221009A, emesso da una galassia situata a oltre due miliardi di anni luce dalla Terra. Si tratta di un evento così potente da essere stato chiamato BOAT (“brightest of all time”, ovvero il più luminoso di tutti i tempi), e ha generato diversi fotoni di altissima energia. Quello più interessante giunge addirittura a 18TeV (elettronvolt), ed è in assoluto il più energetico finora mai giunto sul nostro pianeta. In effetti, è qualcosa di davvero straordinario, che mette in scompiglio le nostre conoscenze di astrofisica.

C’è infatti un problema in merito a quanto avvenuto. I fotoni ad alta energia, generalmente superiori a 100 GeV, incontrano difficoltà ad attraversare i fotoni dell’EBL (“extragalactic background light”, ovvero la luce di fondo extragalattica costituita dall’insieme delle luci emesse da tutte le stelle dell’Universo). Dal loro scontro, nasce spesso una coppia elettrone-positrone che fa scomparire il fotone ad alta energia, assorbito e quindi invisibile ai nostri occhi. Questo fenomeno diventa sempre più frequente all’aumentare dell’energia e della distanza da cui proviene il fotone: quello giunto sulla Terra non sarebbe mai potuto “sopravvivere” al passaggio attraverso l’EBL.

L’affascinante ipotesi degli scienziati

Com’è dunque possibile che questo fotone ad altissima energia sia arrivato indenne sul nostro pianeta, tanto da essere registrato dagli scienziati? Uno studio italiano, condotto dall’Istituto Nazionale di Astrofisica insieme all’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare e pubblicato su Physical Review Letters, ha cercato di fare chiarezza su questo mistero. L’ipotesi avanzata dal team di ricerca è davvero affascinante. Secondo gli esperti, il protagonista di questa vicenda potrebbe essere un “fotone trasformista”, ovvero capace di cambiare natura mentre viaggia alla velocità della luce.

Una delle sue “trasformazioni” sarebbe quella in ALP (“axion-like particles”, ovvero particelle ipotetiche simili agli assioni). Queste ultime, conosciute nella teoria delle stringhe come possibili candidate per costituire la materia oscura fredda, sarebbero in grado di compiere azioni impossibili per un fotone. Proprio come attraversare l’EBL senza subirne conseguenze. “Secondo la nostra ipotesi, in presenza di campi magnetici, i fotoni si tramutano in ALP e viceversa, rendendo così possibile raggiungere la Terra ad un maggior numero di fotoni, perché le ALP sono invisibili ai fotoni del fondo extragalattico” – ha spiegato Marco Roncadelli, ricercatore che ha collaborato allo studio.

Questa idea non è del tutto inedita, essendo già stata proposta nel 2007, sempre da alcuni scienziati italiani – tra cui lo stesso Roncadelli. Oltre a risolvere il problema dei lampi a raggi gamma, potrebbe essere la soluzione ad altri quesiti che finora hanno messo a dura prova le leggi della fisica. Come ad esempio i quasar di tipo FSRQ, anch’essi sorgenti di fotoni ad altissima energia, che non sono però ostacolati dall’ELB, bensì da un campo di radiazione ultravioletta. In ogni caso, questa nuova scoperta e la relativa teoria potrebbero riscrivere le nostre conoscenze della fisica standard.