Visione artistica dei TGRF (NASA)

In passato ho avuto occasione di parlare di un fenomeno che attira incredibilmente l’attenzione degli scienziati, ovvero i raggi Gamma.

In particolare mi ero concentrata sui Gamma Ray Bursts, cioè degli intensissimi flash di raggi gamma provenienti dallo spazio più profondo, da galassie lontane che rappresentano un interessantissimo mezzo per comprendere e conoscere la fisica di zone così distanti da noi.

Nel 1994, però, il satellite BATSE, il cui principale scopo era quello di studiare i Gamma Ray Bursts, ha scoperto un altro tipo di raggi gamma. La principale differenza è che questi ultimi non sono prodotti da galassie lontane, ma hanno origine nell’atmosfera terrestre. Per questa ragione sono chiamati Terrestrial Gamma Ray Flashes (TGF).

Da un certo punto di vista è sorprendente che siano stati scoperti così recentemente, poiché sono i più potenti acceleratori di particelle presenti sul nostro pianeta. Le particelle accelerate in questi fenomeni raggiungono energie di 20 Mega electronvolt (MeV). Come termine di paragone, pensate che le particelle accelerate durante le aurore boreali sono mille volte meno energetiche.

Il meccanismo con cui i raggi gamma terrestri vengono accelerati è abbastanza chiaro: elettroni che viaggiano a velocità prossime alla velocità della luce nella zona più alta dell’atmosfera terrestre interagiscono coi nuclei ivi presenti e perdono la propria energia sotto forma di radiazione gamma (questo fenomeno è noto col nome di Bremsstrahlung).

In questa interazione possono creare anche altri elettroni, dando così vita a una sorta di cascata relativistica (si dice relativistica una particelle la cui velocità è vicina a quella della luce). Si pensa inoltre che gli elettroni iniziali riescano a raggiungere tali energie a causa di intensi campi elettrici, che ne causano l’accelerazione. Ma che cosa induce questo intensissimo campo magnetico? Non si sa. Almeno non ancora. La correlazione con attività temporalesche nella nostra atmosfera è dimostrata con coincidenze spaziali e temporali, ma il vero meccaniscmo che crea questo ambiente non è ancora del tutto noto. Per comprenderlo gli scienziati stanno cercando analogie con gli altri fenomeni che hanno luogo nella parte alta dell’atmosfera terrestre.

Nell’immagine qui a fianco li vedete riassunti schematicamente. I nomi che sono stati scelti per descriverli sono decisamente molto poetici. Si va dagli “spettri rossi” ai “getti blu” fino agli “elfi”, traduzione italiana di “elves” che in realtà è un acronimo per Emission of light and very low frequency perturbations due to EMP sources.

Si pensa per esempio che l’intenso campo elettrico possa essere dovuto alla separazione di carica che avviene nelle nuvole temporalesche (campi “DC”), che danno generalmente vita agli spettri rossi. Un’altra ipotesi, anche se non completamente slegata dalla prima, è che le scariche elettriche prodotte dai fulmini diano luogo a un impulso elettromagnetico (EMP) che causa l’inteso campo elettrico. Quest’ultimo fenomeno è spesso associato con la produzione degli elves. Questa seconda ipotesi è più plausibile, poiché il periodo di scarica dei TGF è troppo basso rispetto a quello degli spettri rossi, e si rende quindi complicato trovare una connessione tra questi due eventi.

Il satellite italiano AGILE ha recentemente pubblicato i suoi primi risultati riguardo i terrestrial gamma ray flashes. È possibile leggere i loro risultati qui. Nonostante AGILE sia dedicato allo studio dei raggi gamma di origine cosmica, ha fornito risultati interessantissimi per quello che riguarda i TGF. Hanno rivelato più di 4 eventi al mese e sono riusciti ad osservare fotoni (i famosi raggi gamma) con un’energia fino a 43 MeV.

Lo studio dello spettro energetico di questi fenomeni può aiutare enormemente per identificarne l’origine e comprendere a fondo il meccanismo di formazione. L’interesse della comuità scientifica per questi Gamma Ray così mistrattati finora, sta crescendo a vista d’occhio. Dopo il satellite italiano, la NASA sta progettando un satellite interamente dedicato allo studio dei TGF. Si tratta di un satellite piccolissimo (grande circa come una palla da calcio) chiamato Firefly (lucciola) il cui scopo sarà unicamente studiare i raggi gamma terrestri. Il lancio è previsto tra la fine del 2010 e il 2011.

La comprensione di questi eventi, è estremamente importante e ha un’applicazione diretta nella vita di tutti giorni. Nonostante queste scariche di raggi gamma siano confinate nella zona alta dell’atmosfera (sopra i 15 km di altezza), se una simile scarica energetica colpisse un aereo d’alta quota potrebbe portare a conseguenze disastrose.

Un impulso elettromagnetico di questa portata, infatti, potrebbe causare il malfunzionamento della maggior parte degli strumenti elettrici ed elettronici all’interno dell’aereo, compresi i sistemi di comunicazione. È certamente un’ipotesi plausibile che il recente incidente aereo avvenuto sull’Airbus 330 AirFrance possa essere collegato a questo tipo di emissioni gamma. Rimane solo una vaga ipotesi, ma è importante comprendere a fondo ciò che succede nell’ambiente in cui si vola.

I TGF sono fenomeni relativamente semplici da tenere sotto controllo. Le condizioni ambientali in cui si può formare un simile rilascio energetico sono molto particolari: un campo elettrico elevatissimo e un’ambiente temporalesco molto turbolento, e in genere non sono particolarmente frequenti. Ciò nonostante è di grande interesse comprendere a fondo questo tipo di fenomeni naturali e per quanto possibile tenerli sotto controllo.