Una trappola per raggi cosmici al centro della Via Lattea

I 5 telescopi di H.E.S.S. (Foto H.E.S.S., MPIK/Christian Foehr)
I 5 telescopi di H.E.S.S. (Foto H.E.S.S., MPIK/Christian Foehr)

Un articolo pubblicato sulla rivista “Physical Review Letters” descrive una nuova interpretazione di osservazioni effettuate con il telescopio spaziale per i raggi gamma Fermi della NASA e l’osservatorio High Energy Stereoscopic System (H.E.S.S.) in Namibia. Secondo un team di ricercatori italiani guidati da Daniele Gaggero dell’Università di Amsterdam, al centro della Via Lattea c’è una sorta di trappola che vi concentra alcuni tra i raggi cosmici di più elevata energia, tra le particelle più rapide della galassia.

I raggi cosmici sono costituiti per circa il 90% da protoni e per il resto da elettroni e nuclei di vari atomi. Queste particelle ad alta energia si muovono nello spazio a velocità vicine a quella della luce e durante questi spostamenti vengono influenzate dai campi magnetici che incontrano. La conseguenza è che la loro rotta viene modificata, rendendo impossibile capire la loro origine, uno dei problemi nel loro studio.

Una possibilità per studiare i raggi cosmici viene dai casi in cui interagiscono con la materia ed emettono raggi gamma, le radiazioni elettromagnetiche di più elevata energia. Nel marzo 2016, scienziati della collaborazione H.E.S.S. comunicarono di aver trovato prove di un’attività estrema al centro della Via Lattea proprio sotto forma di raggi gamma. Il bagliore diffuso di quei raggi gamma raggiunge quasi 50 TeraElettronVolt (TeV), 50 volte maggiori delle energie dei raggi gamma rilevati dallo strumento Large Area Telescope (LAT) del telescopio spaziale Fermi.

Il funzionamento dei due osservatori è diverso, come anche le energie a cui sono sensibili. H.E.S.S. rileva le emissioni di raggi gamma quando l’atmosfera terrestre li assorbe, innescando una cascata di particelle che a loro volta producono un lampo blu chiamato luce Cherenkov. Fermi rileva le emissioni di raggi gamma quando entrano in LAT.

Gli scienziati che hanno condotto questa nuova ricerca sui dati raccolti nel 2016 hanno combinato i dati delle emissioni a energie elevatissime di H.E.S.S. con quelli delle emissioni a energie più basse di Fermi. Il risultato è che hanno ottenuto uno spettro continuo di raggi gamma emessi dal centro della Via Lattea a partire da pochi GeV (GigaElettronVolt).

Per i ricercatori è stato sorprendente scoprire un tale accordo tra i dati raccolti da due strumenti costruiti per rilevare raggi gamma a energie diverse in modi diversi. La loro conclusione è che i raggi gamma sono stati emessi dalla stessa popolazione di raggi cosmici, probabilmente protoni. Essi diventano sempre più energetici man mano che si avvicinano al centro della Via Lattea ma quell’aumento di energia rappresenta un mistero.

Dopo questa scoperta, i ricercatori hanno modificato i modelli che spiegano il movimento dei raggi gamma nella Via Lattea, che non ne tenevano conto. Dopo l’aggiornamento, le simulazioni mostrano un migliore accordo con i dati raccolti dal telescopio spaziale Fermi.

Le collisioni che generano raggi gamma dovrebbero produrre anche neutrini, particelle che interagiscono pochissimo con la materia e quindi raggiungono la Terra direttamente. Rilevarli è uno degli obiettivi di esperimenti come IceCube, in Antartide. Il centro della Via Lattea potrebbe essere identificato come sorgente di neutrini.

Questa ricerca sui raggi cosmici è complessa perché richiede strumenti specifici e molto dirersi tra loro per rilevare gli effetti dell’attività di particelle a elevatissime energie. Qualcosa sta succedendo nell’area centrale della Via Lattea e ci vorranno ulteriori ricerche per cercare di risolvere questo nuovo mistero legato ai raggi cosmici.

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