domenica 10 giugno 2007

Che è successo a PKS 2155-304 nel 2006?

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PKS 2155-304 è un nucleo galattico attivo (AGN) nella costellazione Piscis Austrinus (appare come una stellina di magnitudine 12-13). Appartiene alla classe dei blazars, cioè quel tipo di AGN in cui un getto relativistico si muove quasi in direzione dell'osservatore (o entro un angolo di vista molto piccolo, meno di 10°), per cui gli effetti relativistici modificano le caratteristiche della radiazione emessa dalla sorgente.

I blazars emettono radiazione su tutto lo spettro elettromagnetico, dal radio fino ai raggi gamma. La forma dello spettro dei blazars è caratteristica e presenta due gobbe, una alle basse energie (infrarosso-ultravioletto-raggi X soffici) che si pensa sia dovuta all'emissione di elettroni che si muovono a velocità relativistiche intorno alle linee del campo magnetico del getto (emissione di sincrotrone). L'origine della seconda gobba è più controversa, anche se l'ipotesi più in voga è che si tratti di fotoni dovuti a processi Compton-inversi: cioè, gli elettroni relativistici del getto colpiscono dei fotoni di bassa energia e gli trasmettono parte della loro energia, facendo loro raggiungere le più alte energie mai misurate, dell'ordine dei Teraelettronvolt (TeV). Per dare un'idea dell'energia di un fotone da 10 TeV si pensi che se una sola tale particella potesse trasferire tutta la sua energia a 1 milligrammo di materia le imprimerebbe un'accelerazione tale da riuscire a spostarla di 1 m.
I blazars si dispongono in una sequenza tale per cui al crescere della luminosità globale, il picco di sincrotrone si sposta dalle alte alle basse frequenze: in altre parole, i blazars meno luminosi hanno il picco di sincrotrone alle frequenze dell'ultravioletto/raggi X soffici, mentre i blazars più luminosi hanno il picco di sincrotrone nell'infrarosso.

Quando queste sorgenti vanno in outburst, succede che lo spettro viene distorto. Per esempio, nel 1997, il blazar Mkn 501 (costellazione di Corona Borealis) ebbe un violento outburst con emissione di altissima energia (nelle bande TeV) e il picco di sincrotrone si spostò dall'ultravioletto fino ai raggi X duri (50-100 keV). Nella figura, nel pannello a destra, è mostrato come lo spettro della radiazione emessa da Mkn 501 si sia modificato passando dalla quiescenza all'outburst, con il picco di sincrotrone che si è spostato nella banda dei raggi X duri (Pian et al. 1998).

Anche PKS 2155-304 ha avuto un outburst il 28 luglio del 2006: qualcosa di estremamente violento al punto che il telescopio Cerenkov HESS ha misurato dei picchi di emissione TeV fino a 15 volte il flusso emesso dalla Crab nebula (usata in astrofisica delle alte energie come sorgente di riferimento essendo molto brillante e stabile) su tempi scala di pochi minuti (si veda il preprint Aharonian et al. dello scorso 5 giugno).

Subito si sono attivati diversi satelliti - tra cui Swift - per seguire che succedeva anche alle altre energie e due giorni dopo, nella notte tra il 29 e il 30 luglio, PKS 2155-304 ha fatto il bis con un altra serie di flares con picchi fino a 13 volte la Crab nebula (tanto per dare un'idea, l'outburst del 1997 di Mkn 501 aveva raggiunto flussi nel TeV pari a 4-5 volte la Crab nebula).

Eppure, a fronte di un'attività tanto violenta alle altissime energie, alle basse energie il picco di sincrotrone non si è spostato. Il flusso si è alzato, ma non c'è stata la solita distorsione dello spettro (si veda la figura, pannello a sinistra e si confronti con il caso di Mkn 501; questi risultati sono già stati pubblicati su The Astrophysical Journal il 10 Marzo 2007, ma sono pubblicamente disponibili nel preprint del 30 gennaio scorso). Questo implica anche che il blazar PKS 2155-304 è uscito temporaneamente dalla sequenza.

Che è successo, dunque? Non si sa bene per il momento, ma certo il caso si presenta come un'anomalia estremamente interessante che potrà tenere occupati gli astrofisici per i prossimi anni.