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Novità sull’origine dei raggi cosmici

Scritto da Annalisa Arci il 14.07.2014

Il problema dei Raggi Cosmici ha origine verso la fine dell’Ottocento, nel periodo in cui i fisici stavano approfondendo la struttura degli atomi. Ne ho parlato un po’ di tempo fa, cercando di fare il punto della situazione. Anche se non se ne sa molto, questo non significa che brancoliamo ancora nel buio.

Sappiamo che quelli che colpiscono l’emisfero settentrionale hanno un’origine ben precisa: una regione del cielo boreale sotto l’Orsa Maggiore. Non altrettanto si può dire per i raggi provenienti da altre direzioni e che colpiscono altri luoghi, a questa scoperta è un importante traguardo per gli studiosi del settore. Il merito della scoperta va a 125 ricercatori del progetto Telescope Array, un esperimento portato avanti dallUniversità dello Utah, in collaborazione con altri istituti e università americani, giapponesi, sudcoreani, russi e belgi. A rendere possibile lo studio, in corso di pubblicazione sulle pagine della rivista The Astrophysical Journal Letters, è stato il più grande rivelatore di raggi cosmici dell’emisfero settentrionale, costato 25 milioni di dollari e situato nel deserto dello Utah. 

Simulazione degli sciami generati nell’interazione dei raggi cosmici con l’atmosfera terrestre. (Crediti: wikipedia.org)

Vediamo di capire di cosa si tratta. I raggi cosmici sono particelle e nuclei atomici ad alta energia, migliaia di volte maggiore di quella di altri tipi di radiazione naturale, scoperti nel 1912 dal fisico austriaco Victor Franz Hess. Normalmente hanno origine dal Sole, da altre stelle e dalla loro esplosione, ma la sorgente di quelli con energia superiore a un miliardo di miliardi di elettronvolt – quelli ultra-energetici per capirci – è ancora incerta. Alcuni astrofisici credono siano prodotti dai nuclei galattici attivi, galassie con un nucleo particolarmente luminoso e radiativo, mentre per altri la fonte più probabile sono le supernovae. Al mistero si aggiunge altro mistero.

I raggi cosmici non riescono a penetrare nella nostra atmosfera, ma ogni rilevatore può osservare la radiazione creata quando le particelle dei raggi cosmici colpiscono la parte superiore dell’atmosfera, causando una pioggia di particelle secondarie che viaggiano più veloci della luce nell’aria (ovviamente non più veloce della luce nel vuoto, ma nell’aria che rallenta i fotoni). Quest’interazione produce una radiazione, nota come radiazione di Cherenkov, che può essere usata per determinare la fonte e l’intensità dei raggi cosmici come anche riuscire a investigare le proprietà degli oggetti astronomici ad alta energia, che emettono raggi gamma, come i resti di supernovae o i blazar.

Ora, grazie a questo nuovo studio sappiamo con sufficiente certezza in che regione di spazio cercare questa sorgente misteriosa. E non è cosa da poco. Il team del Telescope Array ha catturato i raggi ultra-energetici utilizzando due tipi di strumenti: i rivelatori di fluorescenza e gli scintillatori. I primi funzionano individuando i deboli lampi bluastri prodotti dallo scontro tra i raggi cosmici e i gas di azoto presenti nell’atmosfera terrestre. Queste collisioni provocano poi una reazione a catena con altri gas atmosferici, che generano a loro volta delle cascate di raggi cosmici, che vengono registrate dai rivelatori a scintillazione. Dal 2008 al 2013 il team internazionale ha individuato 72 raggi ad altissima energia, 19 dei quali provenienti dalla cosiddetta “zona calda”: un cerchio di 40 gradi di diametro che costituisce il 6 per cento del cielo boreale.

“In quella zona troviamo un quarto dei nostri eventi, invece del 6 per cento”, spiega Charlie Jui, uno dei coordinatori della ricerca. Secondo altri gruppi di ricerca queste emissioni altamente energetiche potrebbero provenire da quelle zone dell’universo in cui abitano ammassi e superammassi di galassie; le due teorie non sono affatto in contrasto tra loro, e contribuiscono ad arricchire, dettagliandola, la “mappa” all’interno della quale cercare gli incubatori di raggi cosmici. Nel cielo meridionale sembra sensato pensare che esista una di queste zone calde; secondo i ricercatori del Telescope Array i raggi cosmici provenienti dai “punti caldi” settentrionale e meridionale dovrebbero però avere origini diverse. Forse solo con la costruzione dei successori di XMM-Newton e di Chandra riusciremo a saperne di più.

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