Roma – Ottenuti per la prima volta dati sugli elettroni e positroni più energetici dell’Universo, noti come elettroni dei raggi cosmici, CRe, la cui energia supera un teraelettronvolt, TeV, che è 1000 miliardi di volte maggiore di quella della luce visibile. La scoperta, descritta su Physical Review Letters, si deve a un gruppo di ricercatori che hanno sfruttato le capacità dell’HESS Observatory, situato in Namibia. L’Universo pullula di ambienti estremi, che vanno dalle temperature più fredde alle fonti di energia più elevate possibili. Di conseguenza, oggetti estremi come resti di supernova, pulsar e nuclei galattici attivi sono in grado di emettere particelle cariche e raggi gamma con energie elevate al punto da superare di diversi ordini di grandezza l’energia prodotta dalla fusione nucleare nelle stelle. I raggi gamma rilevati sulla Terra offrono informazioni su queste fonti, poiché viaggiano nello spazio indisturbati. Tuttavia, nel caso delle particelle cariche, note anche come raggi cosmici, le cose sono più complicate perché sono costantemente sballottate dai campi magnetici presenti ovunque nell’Universo e impattano sulla Terra in modo isotropico, ovvero da tutte le direzioni. Inoltre, queste particelle cariche perdono parte della loro energia lungo il percorso, quando interagiscono con la luce e i campi magnetici. Queste perdite di energia sono significative per i CRe. È quindi impossibile determinare il punto di origine di tali particelle cariche nello spazio, sebbene la loro rilevazione sulla Terra sia un chiaro indicatore che ci sono potenti acceleratori di particelle di raggi cosmici nelle sue vicinanze. Inoltre, rilevare elettroni e positroni con energie di diversi teraelettronvolt è un compito estremamente impegnativo. Gli strumenti spaziali, con aree di rilevamento di circa un metro quadrato, non sono in grado di catturare un numero sufficiente di tali particelle, che diventano sempre più rare quanto più alta è la loro energia.
Visualizzazione della serie di telescopi HESS che catturano le piogge di particelle prodotte da elettroni e positroni cosmici ad alta energia, nonché dai raggi gamma.
Credito
© Collaborazione MPIK/HESS
Gli strumenti terrestri, d’altro canto, che rilevano indirettamente l’arrivo dei raggi cosmici tramite le piogge di particelle che producono nell’atmosfera terrestre, si trovano ad affrontare la sfida di differenziare le piogge innescate dagli elettroni dei raggi cosmici, o positroni, dalle piogge molto più frequenti prodotte dall’impatto dei protoni e dei nuclei dei raggi cosmici più pesanti. L’HESS Observatory utilizza cinque grandi telescopi per catturare e registrare la debole radiazione Cherenkov prodotta dalle particelle e dai fotoni fortemente carichi che entrano nell’atmosfera terrestre, producendo una pioggia di particelle al loro passaggio. Sebbene lo scopo principale dell’Osservatorio sia quello di rilevare e selezionare i raggi gamma per studiarne le fonti, i dati possono anche essere utilizzati per cercare elettroni dei raggi cosmici. Nell’analisi più estesa mai condotta, gli scienziati della collaborazione HESS hanno ora ottenuto nuove informazioni sull’origine di queste particelle. Gli astrofisici hanno fatto ciò setacciando l’enorme set di dati raccolti nel corso di un decennio dai quattro telescopi da 12 metri, applicando nuovi e più potenti algoritmi di selezione in grado di estrarre il CRe dal rumore di fondo con un’efficienza senza precedenti. Ciò ha prodotto un set di dati statistici senza pari per l’analisi degli elettroni dei raggi cosmici. “Si tratta di un risultato importante, poiché possiamo concludere che i CRe misurati provengono molto probabilmente da pochissime fonti nelle vicinanze del nostro sistema solare, fino a un massimo di alcune migliaia di anni luce di distanza, una distanza molto piccola rispetto alle dimensioni della nostra galassia”, ha detto Kathrin Egberts, dell’Università di Potsdam, e fra gli autori corrispondenti dello studio. “Siamo stati in grado di porre gravi vincoli all’origine di questi elettroni cosmici con la nostra analisi dettagliata per la prima volta”, ha aggiunto Werner Hofmann, del Max-Planck-Institut für Kernphysik e coautore dello studio. “I flussi molto bassi a TeV più grandi limitano le possibilità delle missioni spaziali di competere con questa misurazione”, ha continuato Hofmann. “Pertanto, la nostra misurazione non solo fornisce dati in un intervallo di energia cruciale e in precedenza inesplorato, influenzando la nostra comprensione del vicinato locale, ma è anche probabile che rimanga un punto di riferimento per i prossimi anni”, ha concluso Mathieu de Naurois, ricercatore CNRS del Laboratoire Leprince-Ringuet. (30Science.com)
