I raggi gamma diffusi ad altissima energia (punti gialli) sono distribuiti lungo la Via Lattea. Il contorno del colore di sfondo mostra la distribuzione dell’idrogeno atomico in coordinate galattiche. L’area grigia ombreggiata indica ciò che si trova al di fuori del campo visivo. Crediti: Heasarc / Lambda / Nasa / Gfsc
Sull’altopiano del Tibet, a 4300 metri sul livello del mare, vicino a Yangbajing, si trova un’enorme schiera di 697 contatori a scintillazione, che hanno catturato la prima evidenza di raggi gamma ad altissima energia diffusi nella Via Lattea. La scoperta rappresenta una prova dell’esistenza di acceleratori di raggi cosmici che hanno viaggiato attraverso la galassia e, interagendo con la materia interstellare, hanno originato raggi gamma. Questi ultimi, a differenza dei raggi cosmici, non subiscono deflessioni magnetiche e pertanto è possibile risalire alla loro origine. In totale quelli intercettati sono 23 e l’energia più alta rilevata è da record: quasi un petaelettronvolt, ossia tre ordini di grandezza superiore a quella di qualsiasi raggio gamma generato da raggi cosmici a oggi conosciuto, o di qualsiasi particella che sia mai stata accelerata nei più grandi acceleratori di particelle sulla Terra.
Dal 1990, dozzine di ricercatori provenienti da Cina e Giappone hanno cercato di catturare questi raggi gamma ad alta energia decisamente sfuggenti e ora, finalmente, la collaborazione Tibet ASγ è riuscita a scoprirli utilizzando quasi 70mila metri quadrati di array e rilevatori di muoni sotterranei, sull’altopiano tibetano. «Gli scienziati ritengono che i raggi gamma ad alta energia potrebbero essere prodotti dall’interazione tra i raggi cosmici ad alta energia emessi dalle più potenti sorgenti galattiche e il gas interstellare della Via Lattea», spiega Huang Jing, dell’Istituto di fisica delle alte energie, dell’Accademia cinese delle scienze. «Il rilevamento di raggi gamma diffusi con energia superiore a 100 teraelettronvolt è fondamentale per comprendere l’origine dei raggi cosmici ad altissima energia, che ha rappresentato un mistero fin dalla loro scoperta, avvenuta nel 1912», aggiunge Chen Ding.
Inizialmente identificati da esperimenti su pallone, i raggi cosmici sono particelle altamente energetiche – per lo più protoni – che viaggiano attraverso lo spazio. Milioni di queste particelle attraversano i nostri corpi ogni giorno, senza che noi ce ne accorgiamo. Ma da dove provengono? Secondo una teoria abbastanza diffusa, sarebbero emessi da acceleratori naturali noti come pevatron, capaci cioè di generare raggi cosmici a energie fino a un petaelettron volt (PeV). Possibili pevatron potrebbero essere esplosioni di supernova, regioni di formazione stellare e il buco nero supermassiccio al centro della nostra galassia. I raggi cosmici prodotti dai pevatron lasciano scie di raggi gamma in giro per la galassia e il nuovo studio riporta quella che sembra essere la prima evidenza di questo fondo gamma altamente energetico.
L’esperimento Tibet AS-gamma rileva i raggi gamma ad alta energia osservando le piogge di particelle prodotte quando un raggio gamma colpisce l’atmosfera terrestre. Crediti: The Institute Of High Energy Physics Of The Chinese Academy Of Sciences / Xinhua / Alamy Stock Photo
Ora i ricercatori vogliono capire se i presunti pevatron sono ancora attivi. «Dei pevatron morti, estinti come i dinosauri, possiamo solo vedere l’impronta: i raggi cosmici che hanno prodotto in pochi milioni di anni, sparsi sul disco galattico», riporta Masato Takita. «Ma se riuscissimo a individuare Pevatron attivi, potremmo rispondere a molte altre domande: che tipo di stella emette i raggi gamma sub-PeV e i relativi raggi cosmici? Come può una stella accelerare i raggi cosmici fino a energie del PeV? Come si propagano i raggi all’interno del nostro disco galattico?»
Il prossimo passo sarà ricercare le tracce dei pevatron nell’emisfero meridionale e avere una conferma di questi risultati utilizzando i rilevatori di neutrini in Antartide. Infine, lo studio potrebbe rivelarsi utile anche nella ricerca della materia oscura. «Questo lavoro pionieristico apre una nuova finestra per l’esplorazione dell’universo estremo», conclude Huang Jing. «L’evidenza osservata stabilisce un’importante pietra miliare verso la rivelazione delle origini dei raggi cosmici, che hanno lasciata perplessa l’umanità per più di un secolo».
Per saperne di più:
- Leggi su Physical Review Letters l’articolo “First Detection of Sub-PeV Diffuse Gamma Rays from the Galactic Disk: Evidence for Ubiquitous Galactic Cosmic Rays beyond PeV Energies” della Tibet ASγ Collaboration