Astrofisica: secondo l'Inaf il plasma si può analizzare

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Il plasma, lo stato fisico nel quale si trova il 99 per cento della materia conosciuta dell’universo, potrebbe non essere più un mistero: lo dicono gli scienziati di un gruppo di ricerca dell’Inaf (Istituto Nazionale di Astrofisica), i quali sono riusciti a costruire Gas Pixel Detector (Gpd), un apparecchio in grado di compiere misure di polarizzazione di raggi x, uno dei più potenti mezzi di analisi del plasma, finora quasi impossibile da realizzare sperimentalmente per motivi tecnici legati alla natura stessa dell’oggetto di indagine.

Il plasma è considerato il quarto stato fisico della materia, accanto ai tre classici (solido, liquido, aeriforme). È di fatto un gas ionizzato, costituito da ioni ed elettroni, la cui carica complessiva è nulla, e che si realizza o sotto l’effetto di forti campi elettromagnetici, o ad altissima temperatura. Sulla Terra non è per niente comune, anzi è quasi assente salvo per il caso dei fulmini, le aurore boreali e le fiamme. Appena si esce dalla nostra atmosfera invece il plasma diventa quasi la normalità, visto che le stelle e le nebulose sono in questo stato. Per questo una sua analisi accurata può aiutare gli scienziati a saperne sempre di più di questo immenso mistero che ci circonda.

La polarizzazione è una caratteristica di tutte le onde elettromagnetiche, dai raggi infrarossi, agli ultravioletti fino ai raggi x, emessi ad esempio dalle stelle. Poterla misurare consente di estrarre informazioni sulla natura delle emissioni e quindi della sorgente. Le difficoltà finora incontrate nel mettere a punto un'efficiente strumentazione adibita a questo compito sono state superate brillantemente dall’Inaf, dove i ricercatori hanno basato il loro apparecchio sull’effetto fotoelettrico, un fenomeno scoperto da Einstein, per il quale un fotone, se colpisce un materiale in particolari condizioni, può indurre il rilascio di elettroni dai suoi atomi.

Il fascio di fotoni x emesso dalla sorgente viene fatto dunque convogliare nel Gpd, in particolare in una camera riempita di gas: l’incontro tra i fotoni e gli atomi del gas induce l’emissione di elettroni, la cui direzione dipende dalla polarizzazione del fascio. Si può ottenere anche il tempo di arrivo del fotone nello strumento, la sua direzione e il suo livello energetico, e per la prima volta un’immagine della sorgente, questo davvero di grande aiuto per gli studi astrofisica.

Il rivelatore vero e proprio, in concorrenza con uno americano che però non consente di riprodurre l’immagine della sorgente, è una scatolina di un centimetro e mezzo per un centimetro e mezzo, dal peso di meno di un chilo, e racchiuso in una scatola di 10x15x8 cm. Ha inoltre un consumo molto basso, perché pari ad appena 5 Watt.

Tuttavia non è solo l’astrofisica che potrà beneficiare dell’invenzione, come spiega Fabio Muleri, che ha collaborato alla ricerca: “La polarimetria è una delle tecniche di diagnostica principali per lo studio dei plasmi nei tokamak, i dispositivi in cui si tenta di raggiungere la fusione dell’idrogeno al fine di produrre energia. Uno dei problemi principali è comprendere il funzionamento di questi plasmi. E la polarimetria potrebbe essere di grande aiuto”.

Roberta De Carolis

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