Supernova remnants observed by the Fermi Large Area Telescope: the case of HB 21

Fin dalla loro scoperta, i raggi cosmici sono uno dei fenomeni più studiati nell'Universo. L'origine del loro spettro, che si estende per più di 12 ordini di grandezza, è ancora incerta e dibattuta. Fino ad energie dell'ordine di ~10^15 eV, si ipotizza che i raggi cosmici siano accelerati all'interno della Galassia, e che i resti di supernova siano i principali acceleratori. Espandendosi, un resto di supernova può interagire con le nubi molecolari presenti nel mezzo circostante, in questo caso le particelle accelerate possono produrre fotoni di alta energia la cui osservazione può fornire informazioni sulla popolazione dei raggi cosmici. Di particolare interesse sono le osservazioni combinate nella bade gamma e radio: le particelle accelerate emettono nel radio tramite radiazione di sincrotrone, e nel gamma tramite Bremsstrahlung, effetto Compton inverso e interazione inelastica nucleone-nucleone. Grazie alla sua ottima risoluzione angolare e precisione spaziale, il Telescopio Spaziale Fermi è il rivelatore di raggi gamma ideale per lo studio di sorgenti estese. La tesi presenta l'analisi effettuata con dati Fermi della sorgente estesa HB 21 (G89.0+4.7). Riveliamo significativa emissione gamma associata al resto di supernova: il flusso sopra 100 MeV è di 9.4± 0.8(stat)±1.6(syst)x10¹¹ erg cm² s-¹. Dal punto di vista morfologico, l'emissione è ben modellata da un disco uniforme, centrato alle coordinate Galattiche l=88°.75±0°.04, b=+4°.65±0°.06 di raggio 1°.19±0°.06. Lo spettro gamma mostra un'evidente curvatura che suggerisce un taglio o un'interruzione dello spettro nella popolazione di particelle che generano lo spettro gamma, ad energie di qualche GeV. Insieme ai dati gamma , sono stati inclusi anche dati provenienti dal radio usando 7 anni di dati raccolti dall'esperimento WMAP da 23 a 93 GHz, che hanno portato alla prima osservazione di HB 21 a queste frequenze. Unendo tali dati ai quelli di archivio, si è potuto osservare come lo spettro radio presenti un'interruzione. Tale caratteristica aiuta a determinare lo spettro degli elettroni relativistici e, quindi, anche i parametri dei modelli di radiazione non termica. Nei modelli di singola zona, i dati su più lunghezze d'onda favoriscono un'origine dei raggi gamma da collisioni nucleone-nucleone. Una singola popolazione di elettroni non può spiegare contemporaneamente sia l'emissione di Bremsstrahlung nel gamma che quella di sincrotrone nel radio. L'effetto Compton inverso, invece, non può riprodurre bene lo spettro gamma perché richiederebbe basse densità del mezzo interstellare, molto più basse di quelle calcolate intorno a HB 21. Quindi, nello scenario adronico, i nuclei accelerati forniscono un'energia di ~3x10⁴⁹ erg, mentre in uno scenario in cui le zone di emissione di radio e gamma siano diverse e l'emissione gamma è dominata dal Bremsstrahlung, l'energia totale in particelle accelerate è di ~1x10⁴⁹ erg.