I raggi cosmici ad alta energia arrivano da altre galassie

Mappa del flusso di raggi cosmici (Immagine cortesia Collaborazione Pierre Auger)
Mappa del flusso di raggi cosmici (Immagine cortesia Collaborazione Pierre Auger)

Un articolo pubblicato sulla rivista “Science” descrive una ricerca sulla distribuzione della direzione dell’arrivo dei raggi cosmici. La collaborazione Pierre Auger ha usato dati raccolti dall’Osservatorio Pierre Auger, in Argentina, il più grande mai costruito per rilevare i raggi cosmici, per trovare le prove che i raggi cosmici ad alta energia provengono dall’esterno della Via Lattea.

I raggi cosmici, costituiti per circa il 90% da protoni e per il resto da elettroni e nuclei di vari atomi, rappresentano da decenni un mistero e tra le domande a cui molti ricercatori cercano risposta è la loro provenienza. La collaborazione Pierre Auger, costituita da oltre 400 scienziati di 18 nazioni diverse, si è concentrata sui raggi cosmici con un’energia superiore a 10^20 elettronvolt, che significa oltre 10 milioni di volte maggiore di quella dei protoni che vengono accelerati all’interno del Large Hadron Collider.

Particelle così cariche di energia sono rare: in parole povere una di esse colpisce la superficie di un campo da calcio una volta ogni 120 anni. Esse sono rilevabili perché interagiscono con i nuclei degli elementi dell’atmosfera terrestre, generando elettroni, fotoni e muoni e successivamente sciami di altre particelle che emettono la luce Cherenkov passando in alcuni tra i 1.600 rilevatori dell’Osservatorio Pierre Auger che contengono 12 tonnellate d’acqua ciascuno.

L’area totale coperta dai rilevatori è di 3.000 chilometri quadrati. A essi si aggiungono quattro stazioni di telescopi che controllano i rilevatori al suolo. I tempi di arrivo delle particelle ai rilevatori vengono misurati con ricevitori GPS e usati per determinare la direzione da cui sono arrivate le particelle con un’approssimazione di un grado.

Ciò è stato fondamentale per i ricercatori della collaborazione Pierre Auger per scoprire un’anisotropia con estrema precisione. Anisotropia è un termine tecnico che indica una disomogeneità nelle direzioni d’arrivo di oltre 30.000 di quelle particelle, con differenze nella quantità di raggi cosmici che arrivano dalle varie direzioni.

Grazie a quella precisione, è stato possibile stabilire che le probabilità che l’anisotropia rilevata sia casuale è di circa due su dieci milioni. Una quantità anomala di raggi cosmici ad alta energia arriva da una direzione, cerchiata nell’immagine, in cui la distribuzione di galassie è relativamente alta. Un’individuazione precisa della loro origine è però impossibile perché le particelle vengono deviate dal campo magnetico galattico.

Un’ulteriore ricerca è già in atto, basata su raggi cosmici a energie ancor più elevate. Essi sono molto rari ma grazie alla loro energia subiscono una deviazione inferiore perciò la loro analisi permetterebbe di individuare con maggior precisione l’area da cui sono arrivati. Ciò a sua volta fornirebbe informazioni sui fenomeni violenti che hanno generato particelle così energetiche aiutando altri tipi di ricerca astrofisica.

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