Una nuova ricerca ha mostrato una fonte di raggi cosmici ad alta energia provenire dal centro della Via Lattea.
All’osservatorio High-Altitude Water Cherenkov (HAWC), a 13.000 piedi sopra il livello del mare sul vulcano Sierra Negra in Messico, i ricercatori stanno dando un’occhiata a un violento mistero nella galassia della Via Lattea. Grazie a un team di ricerca internazionale co-diretto dal Los Alamos National Laboratory sono stati osservati raggi gamma ad altissima energia a più di 100 teraelettronvolt, tracciandone per la prima volta l’origine fino al centro galattico. “Questi risultati sono uno sguardo al centro della Via Lattea a energie di un ordine di grandezza più elevate di quanto mai visto prima”, ha affermato Pat Harding, fisico di Los Alamos e ricercatore principale del Dipartimento dell’Energia per il progetto. “La ricerca conferma per la prima volta una fonte PeVatron di raggi gamma ad altissima energia in una posizione nella Via Lattea nota come Galactic Center Ridge, il che significa che il centro galattico ospita alcuni dei processi fisici più estremi dell’universo”. L’osservatorio HAWC raccoglie dati da oltre sette anni. Così facendo, i ricercatori hanno osservato quasi 100 eventi di potenti raggi gamma con energia superiore a 100 teraelettronvolt. Come descritto nell’analisi condotta da Sohyoun Yun-Cárcamo nell’Astrophysical Journal Letters , quei dati consentono di studiare direttamente le interazioni dei raggi cosmici con il PeVatron e di confrontarle con altre osservazioni, aiutando a definire i processi di emissione e la posizione, proprio al centro della galassia della Via Lattea.
I processi più violenti dell’Universo
Il vero PeVatron in sé rimane un fenomeno non ben compreso, ma il fatto della sua esistenza in qualsiasi forma assuma indica il regime violento nel centro galattico. Quella regione della Via Lattea è nota per includere un buco nero supermassiccio circondato da stelle di neutroni e nane bianche che strappano materiale dalle stelle vicine. L’area è avvolta da dense nubi di gas che raggiungono temperature di milioni di gradi e tendono a impedire molta osservazione ottica diretta della regione.
L’osservazione dei raggi gamma si rivela quindi fondamentale per illuminare i processi cosmici all’opera in quell’ambiente estremo. I raggi gamma ad altissima energia hanno origine dalla presenza di una sorgente PeVatron, che accelera le particelle fino a un milione di miliardi di elettronvolt (PeV) di energia, un quadrilione di volte più potente delle particelle luminose che escono da una lampadina. I protoni dei raggi cosmici generati dal PeVatron viaggiano a oltre il 99% della velocità della luce, interagendo con il denso gas ambientale e dando origine a raggi gamma ad altissima energia.
La natura esatta dei PeVatron resta comunque un mistero. Le energie coinvolte indicano alcuni dei processi più violenti concepibili nell’universo: la morte di una stella in una supernova, gli shock e le radiazioni che accompagnano la nascita di una stella ricca di fusione, un buco nero che inghiotte un altro buco nero.
“Molti di questi processi sono così rari che non ci si aspetterebbe che si verificassero nella nostra galassia, oppure si verificano su scale che non sono correlate alle dimensioni della nostra galassia”, ha detto Harding. Ad esempio, un buco nero che mangia un altro buco nero sarebbe un evento previsto solo al di fuori della nostra galassia”.
Luce Cherenkov nella rilevazione delle particelle
HAWC è un esperimento unico progettato per catturare i relativamente pochi raggi gamma ad altissima energia che possono percorrere distanze interstellari e raggiungere la Terra. Sulle pendici del vulcano Sierra Negra, 300 silos per cereali sono pieni d’acqua, il fondo di ogni silos è rivestito con rilevatori fotomoltiplicatori.
Quando le particelle ad altissima energia raggiungono l’atmosfera terrestre, si dividono in ampie piogge di particelle a bassa energia. Mentre le particelle cariche attraversano i serbatoi a una velocità superiore alla velocità di fase dell’acqua, producono luce Cherenkov, o radiazione Cherenkov, un bagliore blu, un effetto in qualche modo simile al boom sonico uditivo. I ricercatori analizzano quindi la distribuzione temporale delle particelle rilevate nei serbatoi per comprendere i regimi energetici in gioco, deducendo le origini delle particelle come raggi gamma ad altissima energia.
L’esperimento dell’osservatorio HAWC si è basato sull’innovativo esperimento Milagro, un osservatorio di raggi gamma con una vasca d’acqua da 5 milioni di galloni e 700 rilevatori di luce nelle montagne Jemez fuori Los Alamos. Milagro ha raccolto dati fino al 2008, dopodiché i ricercatori si sono spostati a sud verso l’osservatorio HAWC per poter catturare particelle più vicine al centro galattico.
Il team di ricerca ha in programma di ampliare i risultati dell’osservatorio HAWC e restringere il sito specifico della sorgente PeVatron con un nuovo esperimento, il Southern Wide-field Gamma-ray Observatory, una struttura in costruzione nel deserto di Atacama in Cile. Con quella finestra più ampia sul centro della Via Lattea, la scienza potrebbe avere una visione più ravvicinata del mistero nel cuore della nostra galassia.
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Per saperne di più
- Leggi l’articolo originale di Los Alamos Natinal Laboratory
- Leggi il paper scientifico su The Astrophysical Journal Letters
