Più avanti lungo il percorso celeste verso l’origine dei raggi cosmici ad altissima energia
I raggi cosmici ad altissima energia(si apre in una nuova finestra) sono le particelle con maggiore energia mai misurate. Secondo Ioana Maris(si apre in una nuova finestra) dell’ULB(si apre in una nuova finestra), queste energie, circa un milione di volte più elevate di quelle prodotte dal più grande collisore di adroni del CERN, sono irraggiungibili dagli acceleratori costruiti dall’uomo. E aggiunge: «È stato calcolato che solo quattro particelle potrebbero illuminare una lampadina da 60 W per un secondo.» «I raggi cosmici ad altissima energia sono messaggeri dei fenomeni più violenti del nostro universo e offrono un’opportunità unica per esplorare la fisica delle particelle fondamentali. Ma nonostante ora sappiamo che sono extragalattici, non sappiamo ancora esattamente dove siano stati prodotti, né in che modo una galassia possa accelerarli», afferma Maris, coordinatrice del progetto GADGET finanziato dall’UE, istituito proprio per approfondire tali questioni. Essendo particelle cariche, grazie ai campi magnetici galattici ed extragalattici presenti nell’intero universo, i raggi cosmici ad altissima energia non viaggiano lungo un percorso rettilineo. Il calcolo della loro traiettoria si basa quindi su una conoscenza dettagliata di questi tali magnetici. Il lavoro di GADGET si è concentrato sul miglioramento della modellizzazione dei campi magnetici, introducendo nuove misurazioni e comprendendo gli effetti dei fenomeni locali, che si sono rivelati cruciali per l’accuratezza della modellizzazione.
Generare una descrizione 3D del campo magnetico
Prima di GADGET, il collaboratore del progetto Michael Unger(si apre in una nuova finestra) e i suoi colleghi avevano creato modelli 3D del campo magnetico utilizzando due serie di misurazioni: quelle relative alla radiazione di sincrotrone(si apre in una nuova finestra) e quelle relative alle rotazioni di Faraday(si apre in una nuova finestra). La radiazione (elettromagnetica) diffusa di sincrotrone è emessa dagli elettroni della Via Lattea che ruotano attorno ai campi magnetici a lunghezze d’onda radio e velocità proporzionali al percorso curvo creato dal campo magnetico, mentre la rotazione di Faraday della polarizzazione della luce proveniente da fonti lontane, come le pulsar, dipende dall’intensità del campo magnetico. Il contributo di GADGET è stato quello di fornire informazioni sugli effetti dell’universo locale. «Viviamo in un vuoto locale, la cosiddetta “Bolla Locale”, dove la materia che ci circonda ha una densità circa 20 volte inferiore rispetto al mezzo interstellare, probabilmente a causa di molteplici esplosioni di supernova che hanno spazzato via la materia, influenzando i campi magnetici», spiega Maris. Utilizzando mappe della densità della polvere, Vincent Pelgrims(si apre in una nuova finestra), ricercatore nell’ambito delle azioni Marie Skłodowska-Curie(si apre in una nuova finestra), ha sviluppato un modello che spiega come queste violente esplosioni di supernova influenzano il campo magnetico, consentendogli di dedurre la forma della Bolla Locale e quindi di creare un modello del campo magnetico dell’universo locale. Unitamente al lavoro di Michael, ciò fornisce informazioni preziose sulla forma del campo magnetico galattico. «Le scoperte di GADGET hanno cambiato l’interpretazione della radiazione di sincrotrone, specialmente alle grandi latitudini, sottolineando l’importanza di tenere conto della Bolla Locale nella modellizzazione dei campi magnetici galattici», spiega Maris.
Tornare al punto di origine
Una delle principali difficoltà nello studio dei raggi cosmici ad altissima energia è la loro rarità: solo una particella per chilometro quadrato al secolo raggiunge la Terra, per un totale di circa 10 000 particelle al giorno. Sebbene sia impossibile costruire un rilevatore delle dimensioni della Terra, il più grande, l’Osservatorio Pierre Auger in Argentina, registra dati dal 2004, consentendo ai ricercatori di misurare oltre 100 particelle alle energie più elevate. La collaborazione del team con l’Osservatorio, recentemente potenziato con rilevatori aggiuntivi per una maggiore sensibilità e precisione, offre la prospettiva concreta di individuare l’origine dei raggi cosmici ad altissima energia, con i primi risultati presentati di recente in una serie di conferenze. «Senza tenere conto dell’influenza dei campi magnetici, sarebbe impossibile risalire all’origine dei raggi cosmici ad altissima energia», osserva Maris. «Abbiamo trovato indizi che suggeriscono che i raggi cosmici ad altissima energia potrebbero essere prodotti nelle galassie con forte attività di formazione stellare, o nella regione del Centauro. Sono molto entusiasta all’idea che presto potremo svelare il mistero di queste enigmatiche particelle ad altissima energia.»