Astrofisica: rilevato raggio gamma da record, è la prima prova in assoluto di superacceleratori cosmici nella nostra galassia

Rilevato raggio gamma da record (957 TeV): conferma l'esistenza di superacceleratori cosmici che possono accelerare i fotoni fino a queste energie nella Via Lattea

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Un raggio gamma rilevato mentre sfrecciava attraverso la Via Lattea ha battuto il record: è il più energetico mai registrato, arrivando a 957 trilioni di elettronvolt (teraelettronvolt o TeV).
Non è solo il doppio del record precedente, ma si avvicina alla gamma dei petaelettronvolt (ovvero un quadrilione di elettronvolt), confermando finalmente l’esistenza di superacceleratori cosmici che possono accelerare i fotoni fino a queste energie nella Via Lattea.
Questi superacceleratori vengono chiamati PeVatron e trovarli potrebbe aiutarci a comprendere cosa sta producendo i raggi gamma ad alta energia che attraversano la galassia.

lampo raggi gammaQuesto lavoro pionieristico apre una nuova finestra per l’esplorazione dell’Universo estremo“, ha spiegato il fisico Jing Huang dell’Accademia cinese delle scienze in Cina. “L’evidenza osservativa segna un’importante pietra miliare verso la rivelazione delle origini dei raggi cosmici, che hanno sconcertato l’umanità per più di un secolo“.

Il rilevamento è stato il più energetico tra 23 raggi gamma ad altissima energia rilevati da un team di ricercatori, al di sopra della gamma di 398 TeV, presso ASgamma, una struttura gestita congiuntamente da Cina e Giappone in Tibet dal 1990.

È interessante notare che, a differenza del precedente detentore del record, che è stato fatto risalire alla Nebulosa del Granchio, questi 23 raggi gamma non sembravano ricondurre verso una sorgente, ma erano diffusi in modo sparso attraverso il disco galattico. Potrebbero, tuttavia, ancora dirci dove potremmo provare a cercare PeVatron all’interno della Via Lattea, il che, a sua volta, potrebbe portarci a scoprire finalmente dove nascono i raggi cosmici più potenti dell’Universo.

Innanzitutto, dobbiamo tracciare una distinzione tra raggi cosmici e raggi gamma. I raggi cosmici sono particelle come protoni e nuclei atomici che fluiscono costantemente nello Spazio quasi alla velocità della luce.
Si pensa che i raggi cosmici ad altissima energia provengano da sorgenti come supernove e resti di supernova, regioni di formazione stellare e buchi neri supermassicci, dove potenti campi magnetici possono accelerare le particelle. E’ stato difficile definire queste idee con le osservazioni perché i raggi cosmici trasportano una carica elettrica: questo significa che la loro direzione cambia quando viaggiano attraverso un campo magnetico, di cui la galassia è assolutamente carica.
Queste piccole particelle potenti non si limitano a sfrecciare senza conseguenze. Possono interagire con il mezzo interstellare – gas e polvere che si aggirano nello Spazio tra le stelle – che a sua volta produce fotoni di raggi gamma ad alta energia, con circa il 10% dell’energia dei raggi cosmici principali.
Questo accade vicino al PeVatron, e i raggi gamma non hanno una carica elettrica, quindi si limitano a sfrecciare direttamente nello spazio da A a B, completamente indifferenti ai campi magnetici.
Se siamo fortunati, B è la Terra: il raggio gamma si scontra con la nostra atmosfera, producendo una pioggia di particelle innocue: è questa “cascata” che viene rilevata dall’array Air Shower di superficie di ASgamma. I rilevatori di acqua sotterranea Cherenkov sono stati aggiunti nel 2014 per rilevare i muoni prodotti dai raggi cosmici, consentendo agli scienziati qui sulla Terra di estrarre i dati dei raggi cosmici di fondo al fine di rilevare e ricostruire in modo più pulito gli sciami di raggi gamma.

È così che la collaborazione ha rilevato il raggio gamma da record della Nebulosa del Granchio, e di recente come hanno scoperto 23 raggi gamma ad altissima energia, incluso l’ancor più eccezionale raggio gamma PeV.

La loro esistenza e distribuzione diffusa implica l’esistenza di protoni accelerati forse anche nell’intervallo di 10 PeV, suggerendo PeVatron sparsi per la Via Lattea, hanno spiegato i ricercatori.
Il prossimo passo sarà cercare di trovarli. È possibile che almeno alcuni di loro siano estinti e non più attivi, lasciando solo i raggi cosmici e i raggi gamma come prova della loro esistenza.

Dai PeVatron morti, che sono estinti come i dinosauri, possiamo solo vedere l’impronta, i raggi cosmici che hanno prodotto in pochi milioni di anni, sparsi sul disco galattico“, ha affermato l’astrofisico Masato Takita dell’Università di Tokyo. “Se riusciamo a localizzare PeVatron reali e attivi, possiamo formulare molte altre domande. Che tipo di stella emette i nostri raggi gamma sub-PeV e i relativi raggi cosmici? Come può una stella accelerare i raggi cosmici fino alle energie PeV? Come si propagano i raggi all’interno del nostro disco galattico?
È anche possibile – come spesso accade – che ci sia più di una risposta a tutte queste domande.
Il lavoro futuro sia di ASgamma che di rilevatori come il Large High Altitude Air Shower Observatory, il Cherenkov Telescope Array e il Southern Wide-field Gamma-ray Observatory, potrebbero finalmente aiutarci a trovarle.

La ricerca è stata pubblicata su Physical Review Letters.