Leptoni e adroni nello spazio

Aggiornato il 31 Luglio 2020

La domanda tocca uno degli aspetti fondamentali della fisica dei getti relativistici ancora non completamente chiariti e che ha collegamenti con i processi fisici alla base della loro produzione. I getti delle galassie attive costituiscono un importante laboratorio dove gli effetti relativistici, la fisica del plasma e i meccanismi di radiazione lavorano insieme in modo complesso.
La polarizzazione lineare osservata nei getti e nei lobi delle radiosorgenti⁽¹⁾Tipicamente sono galassie che emettono onde radio 100 volte più intense rispetto alle galassie normali – approfondisci su it.wiki – NdR è chiara evidenza del meccanismo di sincrotrone⁽²⁾La radiazione o luce di sincrotrone è generata da particelle cariche, solitamente elettroni e positroni, che viaggiano a velocità  prossime a quella della luce e sono costrette a muoversi su una traiettoria curva dalla presenza di un campo magnetico – approfondisci su it.wiki – NdR come origine dell’emissione radio e quindi della presenza di un campo magnetico e di particelle cariche veloci. Sul tipo di particelle cariche vi sono diverse possibilità ; le più popolari suppongono che i getti siano principalmente composti solo da leptoni (elettroni e positroni) o da leptoni e adroni (elettroni e protoni). L’importanza degli elettroni-positroni può essere stabilita attraverso alcuni test, per esempio assumendo che siano il costituente più importante e quindi confrontando l’energia cinetica che trasportano lungo il getto con la potenza radio irradiata, oppure osservando la polarizzazione circolare.
D’altra parte la morfologia e la dinamica dei lobi associati alle radio galassie più potenti, composti dal materiale accumulato durante la propagazione del getto, sembra indicare la presenza di un’importante componente di adroni, anche se in questo modo si può ricavare l’energia associata alle componenti adroniche ed elettroniche più che il numero di particelle.
Lo studio dei blazars, radio galassie in cui uno dei getti punta versa la Terra e la cui emissione appare enormemente amplificata, dà  risultati simili, almeno per quelli più potenti. Se infatti stimiamo l’energia che il getto avrebbe se contenesse solo i leptoni che “vediamo” attraverso la loro emissione, ci accorgiamo che essa è inferiore all’energia irraggiata. Per rendere conto della potente emissione di questi getti è quindi necessario ipotizzare una componente di adroni (protoni) che fornisce la maggior parte dell’energia cinetica al getto. I dati si possono riconciliare supponendo una pari quantità  di adroni ed elettroni nel getto.
Il problema principale di queste stime è che sono indirette, dato che la popolazione di elettroni può essere caratterizzata grazie all’emissione che osserviamo, mentre la presenza di adroni è dedotta attraverso argomenti indiretti. La recente scoperta di un neutrino⁽³⁾Particella senza carica e massa molto piccola, associata alle reazioni di decadimento nucleari di altissima energia proveniente dalla direzione di un blazar (TXS 0506+056) durante una fase attiva, ci fornisce per la prima volta un’indicazione diretta della presenza di adroni energetici nei getti delle radio galassie. Infatti, neutrini di energie così elevate possono essere prodotti da reazioni che coinvolgono adroni di altissima energia.
La situazione non è, quindi, completamente chiara; la misura della velocità  del getto e la composizione del getto sono fra di loro legate e non è ancora possibile separare i loro contributi.