Nell’era tecnologica in cui viviamo, spesso si parla di inquinamento elettromagnetico, anche se di fatto non siamo sempre consapevoli di quali dispositivi lo provochino e che effetti possa avere sull’essere umano. Anche se non ce ne accorgiamo, noi siamo costantemente circondati da onde elettromagnetiche: basti pensare alle microonde sfruttate dai nostri fornetti casalinghi per scaldare e cuocere il cibo o alle onde radio impiegate nei sistemi di comunicazione.
Per comprenderne meglio la natura è utile conoscere i vari tipi di onde elettromagnetiche esistenti, racchiuse nel cosiddetto “spettro elettromagnetico”. Questo spettro è diviso in sette fasce, in base alla lunghezza d’onda e alla frequenza (grandezze fisiche che sono inversamente proporzionali). Elencandole per frequenza crescente, e dunque lunghezza d’onda decrescente, troviamo: onde radio, microonde, infrarossi, la luce visibile, ultravioletti, raggi X e raggi gamma. Più è alta la frequenza, maggiore è la pericolosità dell’onda, dunque le onde radio saranno le più innocue mentre i raggi gamma i più potenzialmente dannosi.
Oltre che essere i più pericolosi dello spettro, i raggi gamma, sono anche i più interessanti, in quanto hanno una grande importanza nell’astrofisica.
La storia
Le prime sorgenti di raggi gamma furono osservate nel decadimento gamma, processo in cui un nucleo eccitato decade emettendo questa radiazione appena dopo la formazione. Il primo a osservarli fu Paul Villard, chimico e fisico francese, nel 1900 mentre studiava la radiazione emessa dal radio. Villard capì che questa radiazione era più penetrante delle altre osservate nel radio, come i raggi beta o i raggi alfa, ma comunque non nominò questa radiazione con un nome differente.
La radiazione gamma fu riconosciuta come una differente radiazione fondamentale dal fisico neozelandese naturalizzato britannico Rutherford nel 1903. Essa venne chiamata con la terza lettera dell’alfabeto greco, la gamma. Inizialmente questi raggi vennero pensati come particelle, ma varie osservazioni dimostrarono che si trattava di una radiazione elettromagnetica. Rutherford e il suo collaboratore Edward Andrade misurarono per primi la lunghezza d’onda dei raggi gamma emessi dal radio, ottenendo valori inferiori a quelli dei raggi beta, perciò una più alta frequenza.
Pericolosità e utilizzi
I raggi gamma sono i più penetranti dello spettro, tanto che, per schermarli, sono necessari diversi centimetri di piombo.
I raggi gamma sono radiazioni ionizzanti, così chiamate per la loro capacità di strappare elettroni agli atomi. Queste radiazioni sono nocive per gli esseri viventi, perché possono rompere i legami delle molecole biologiche e alterare o uccidere le cellule. Per questo motivo, i raggi gamma sono categorizzati come pericolosi, ma proprio per i danni che recano alle cellule sono utilizzati per la sterilizzazione degli strumenti chirurgici e nella radioterapia dei tumori.
I raggi gamma nell’astrofisica
I raggi gamma rappresentano la radiazione elettromagnetica più energetica che ci raggiunge dalle profondità dell’Universo. Lo studio di questa radiazione, svolto con potenti telescopi in orbita, ci aiuta a capire la natura ed i meccanismi di funzionamento di oggetti astrofisici lontanissimi da noi, sia nella nostra che in altre galassie.
I raggi gamma nello spazio furono osservati per la prima volta negli anni ‘60 dalla costellazione di satelliti militari americani VELA, progettati per monitorare possibili test nucleari non autorizzati nell’atmosfera terrestre. Grazie a essi tuttavia si è scoperto che i raggi gamma provengono da oggetti astrofisici molto lontani dalla Terra, sia nella nostra Galassia che al di fuori.
La maggior parte della luce che siamo abituati a vedere viene emessa da oggetti caldi ed è conosciuta come radiazione termica. Tuttavia non è possibile che degli oggetti si surriscaldino abbastanza da produrre raggi gamma; questi devono essere quindi prodotti da un meccanismo non termico. I raggi gamma possono essere propagati in seguito a eventi violenti come esplosioni o potenti getti di materiale prodotto vicino a giganteschi buchi neri, che possono dunque essere monitorati grazie allo studio di queste onde.
Il più grande strumento di osservazione di raggi gamma nello spazio attualmente è il telescopio spaziale Fermi della NASA, lanciato l’11 giugno 2008. Esso è formato da due componenti principali: il Large Area Telescope (LAT) e il Gamma-Ray Burst Monitor (GBM).
Le fonti di raggi gamma nella Via Lattea
I raggi gamma dunque provengono da oggetti astrofisici sia interni alla nostra Galassia, la Via Lattea, sia esterni ad essa. Il telescopio spaziale Fermi ha individuato due fonti di radiazioni gamma all’interno della nostra Galassia, ovvero le Pulsar e i Resti di Supernova.
Le Pulsar sono stelle di neutroni in rapida rotazione che emettono in modo periodico impulsi di luce in un’ampia porzione dello spettro elettromagnetico. Esse sono caratterizzate da una massa simile a quella del nostro Sole, ma hanno un raggio di qualche decina di kilometro, dunque sono estremamente più dense del Sole. Le Pulsar sono spesso ciò che rimane di alcune stelle dopo la loro esplosione come, ad esempio, una supernova.
Molti sistemi stellari nella nostra Galassia sono binari, ovvero sono formati da due stelle in rotazione una intorno all’altra. In certi casi questi sono formati da una Pulsar e da una stella compagna: alcuni di questi sistemi sono detti “Vedova Nera” e sono formati da una stella di piccola massa che orbita molto vicino ad una Pulsar. L’energia rilasciata da quest’ultima, in tempi lunghissimi, consuma la compagna, la quale rilascia materia che a sua volta ricade sulla Pulsar, che, grazie alla sua alta densità, possiede una forte attrazione gravitazionale. Ne consegue che nel giro di qualche milione di anni la Pulsar “inghiotte” la sua compagna: da qui il nome “Vedova Nera”.
L’altra principale fonte di raggi gamma interna alla nostra Galassia sono i Resti di Supernova, chiamati così in quanto originati in seguito all’esplosione di una Supernova. Durante questo tipo di esplosioni si genera un’onda d’urto ultrasonica che si propaga nel mezzo circostante (gas e particelle elementari, tra cui il protone e l’elettrone). Quando queste particelle vengono investite dall’onda d’urto, esse acquistano elevatissime quantità di energia e poi, interagendo con il materiale presente nell’ambiente circostante, esse producono raggi gamma.
Le fonti di raggi gamma al di fuori della nostra Galassia
Oltre alle Pulsar e ai Resti di Supernova, esistono altre sorgenti di raggi gamma situate all’esterno della nostra Galassia, come i Nuclei Galattici Attivi e i Gamma-Ray Burst (GRB, lampi di raggi gamma).
Oltre alla Via Lattea, nell’Universo sono presenti altre centinaia di miliardi di Galassie. Tra esse ne esiste un tipo che ha la parte centrale, il cosiddetto nucleo galattico, che emette enormi quantità di energia sotto forma di raggi gamma. Queste zone centrali vengono dette “attive”, da qui il nome Nuclei Galattici Attivi. Il telescopio spaziale Fermi è in grado di misurare le onde gamma che si propagano a partire da questo particolare tipo di nuclei galattici.
L’ultima fonte di raggi gamma esterna alla Via Lattea che andremo ad analizzare sono i Gamma-Ray Burst (GRB), ovvero le più grandi esplosioni dell’Universo. Sono brevi e intensi segnali gamma che durano da frazioni di secondo a minuti, seguiti da un bagliore ritardato che si attenua lentamente, chiamato afterglow. Lo strumento GBM di Fermi, che rappresenta un vero e proprio monitor, osserva in ogni istante tutto il cielo e può quindi “catturare” i GRB nel momento stesso della loro esplosione.
I raggi gamma e i supereroi
Le radiazioni hanno una fondamentale importanza a livello scientifico, ma sono stati sfruttati anche dal mondo dell’intrattenimento per creare dei personaggi indimenticabili che hanno lasciato un segno indelebile nell’infanzia e adolescenza di intere generazioni.
Tutti conoscono l’incredibile Hulk, ma non molti sanno che i suoi superpoteri derivano dall’esposizione a radiazioni estremamente elevate di raggi gamma. Nei fumetti della Marvel, il dottor Bruce Banner, brillante fisico nucleare, inventa una delle armi più pericolose e mortali mai esistite: la bomba gamma, un’arma nucleare basata sul potere distruttivo dei raggi gamma. Durante il primo test però il fisico si rende conto che un civile si trova in mezzo al sito della detonazione, così si lancia subito a fargli da scudo. Banner riesce a salvare il civile, un ragazzo di nome Rick Jones, ma viene colpito in pieno dall’esplosione. Incredibilmente egli non viene ucciso istantaneamente dalle radiazioni ma il suo corpo comincia a mutare, cambiando colore e proporzioni. Bruce Banner cresce fino a diventare un enorme e muscoloso essere di colore verde e dalla forza sovrumana: nasce così l’incredibile Hulk.
