Potenti acceleratori cosmici scoperti dal satellite Fermi della NASA

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Credit: Media INAF

Anche nello spazio ci sono dei potentissimi acceleratori, vere e proprie macchine cosmiche che lavorano come avviene nell’acceleratore di particelle Lhc del Cern di Ginevra che ha permesso agli scienziati di trovare il bosone di Higgs. E’ stato il satellite Fermi ad avvistare le tracce di questi potenti acceleratori che, come degli Lhc cosmici, conferiscono alle particelle energia e velocita’ altissime per poi scagliarle nello spazio profondo, fino a farle giungere anche sulla Terra sotto forma di raggi cosmici. Lo studio che presenta questo importante risultato, frutto di una vasta collaborazione internazionale, sara’ pubblicato sulla rivista scientifica ‘Science’ di domani, 15 febbraio. A firmare la ricerca ci sono anche numerosi scienziati italiani dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Infn), dell’Istituto Nazionale di Astrofisica (Inaf) e dell’Agenzia Spaziale Italiana attraverso Asi Science Data Center Asdc. Il satellite Fermi, lanciato in orbita l’11 giugno 2008, e’ una missione della NASA realizzata anche grazie all’importante contributo italiano. Team scientifici italiani hanno, infatti, costruito parti fondamentali dei rivelatori a bordo del satellite e l’Agenzia Spaziale Italiana (Asi) ha coordinato e co-finanziato il contributo nazionale all’esperimento e contribuisce a distribuirne i dati tramite l’Asdc. In particolare, il cuore del rivelatore di fotoni di altissima energia di Fermi, il Lat( Large Area Telescope), che e’ lo strumento grazie al quale e’ stata possibile questa scoperta, e’ stato costruito in Italia dagli scienziati dell’Infn. Lo studio ha esaminato cio’ che resta di due supernovae, cataclismi che avvengono nel cosmo quando una stella di grande massa esplode al termine della sua vita, scagliando nello spazio profondo particelle, elementi chimici (tra cui quelli indispensabili alla vita), onde gravitazionali e producendo un’onda d’urto violentissima. La teoria piu’ accreditata prevede che questa onda, quando incontra i densi strati di materia (nubi molecolari) che si trovano nelle vicinanze dell’evento, inneschi il meccanismo di accelerazione delle particelle (in particolare i protoni) gia’ previsto in forma semplificata da Enrico Fermi piu’ di 60 anni fa e che e’ all’origine delle altissime energie raggiunte dai raggi cosmici. Quelli che raggiungono copiosamente anche il nostro pianeta.

Credit: AGILE

I protoni pero’ non solo vengono accelerati ad altissima velocita’ ed energia. Proprio come avviene nell’acceleratore di particelle Lhc al Cern di Ginevra, che ha permesso agli scienziati di trovare il bosone di Higgs, i protoni collidono fra di loro dando origine ad una cascata di particelle secondarie. Finora mancavano prove dirette di questo meccanismo, da tempo ipotizzato dagli astrofisici: adesso il Large Area Telescope a bordo di Fermi lo conferma migliorando quanto era gia’ stato rivelato dal satellite dell’Asi Agile, frutto della collaborazione con Inaf e Infn. Quando i protoni si scontrano, infatti, producono fra le altre una particella senza carica elettrica chiamata pione neutro. Questa particella decade immediatamente emettendo coppie di fotoni con una distribuzione di energia caratteristica. Proprio studiando i fotoni provenienti dai resti delle supernovae, i ricercatori di Fermi sono riusciti a trovare una quantita’ significativa di questi fotoni con la distribuzione in energia tipica del decadimento del pione neutro. La ‘firma’ di collisioni protone-protone ad alta energia e quindi dell’acceleratore celeste. “E’ uno dei risultati più attesi ed importanti degli ultimi venti anni per la astrofisica delle alte energie e per la fisica astroparticellare” afferma Ronaldo Bellazzini, coordinatore per l’Infn del gruppo di scienziati italiani di Fermi. “Abbiamo ora l’evidenza diretta che la nostra galassia e’ popolata da una moltitudine di macchine acceleratrici in grado di portare i raggi cosmici ad energie cosi elevate – spiega Bellazzini – che neppure potremmo immaginare di raggiungere con i nostri acceleratori terrestri“. “Queste ‘macchine’ cosmiche – aggiunge lo scienziato – sono potenti laboratori per studiare fenomeni altrimenti inaccessibili con gli strumenti che l’uomo puo’ pensare di costruire sulla terra“. “E’ interessante notare che il lavoro tratta di due resti di supernova che offrono condizioni ottimali per la rivelazione dei raggi cosmici perche’ il guscio di materia espulsa dalla stella si sta espandendo contro una nube di gas e polveri che offre i bersagli per fare interagire i protoni accelerati” aggiunge Patrizia Caraveo, responsabile Inaf per il satellite Fermi. “E’ una grande conferma della scoperta del satellite Agile pubblicata l’anno scorso da Giuliani et al. di emissione gamma da pioni neutri prodotti da raggi cosmici accelerati nella supernova W44” sottolinea Marco Tavani, dell’Inaf, Principal Investigator del satellite Agile. “E’ un risultato di straordinaria importanza per la scienza italiana che segue la tradizione di Enrico Fermi. Sono sicuro – conclude Tavani – che sarebbe contento di noi, se potesse vedere questi risultati che finalmente, dopo molti decenni sono arrivati“.