Misteriosi raggi cosmici ad altissima energia lasciano perplessi gli astronomi – Physics World

È stata rilevata una particella di raggi cosmici con un'energia circa 36 milioni di volte maggiore di quella delle particelle accelerate dal Large Hadron Collider del CERN. Con 244 EeV, questa è una delle particelle più energetiche mai osservate ed è stata avvistata nel 2021 dal Telescope Array nello Utah. Anche se il raggio cosmico ad altissima energia (UHECR) è stato probabilmente creato da un violento processo astrofisico, i ricercatori non sono stati in grado di risalire alle sue origini.

I ricercatori hanno soprannominato la particella Amaterasu, che è la dea del Sole nella mitologia giapponese. L’attuale record energetico per un UHECR è di 320 EeV, detenuto dalla particella “Oh-My-God”, rilevata nel 1991 nello Utah da un predecessore del Telescope Array.

Gli UHECR sono particelle subatomiche come i protoni che hanno energie superiori a 1 EeV (10¹⁸ eV). Sebbene sembrino provenire dall’esterno della Via Lattea, le loro origini sono ancora poco conosciute a causa della rarità di osservarli sulla Terra.

Taglio cosmico

Nella ricerca delle origini degli UHECR, gli astronomi traggono vantaggio da un fenomeno chiamato cut-off di Greisen-Zatsepin-Kuzmin (GZK). Ciò si verifica perché gli UHECR con energie superiori a circa 60 EeV interagiscono con lo sfondo cosmico a microonde mentre viaggiano attraverso lo spazio, perdendo energia mentre procedono. Ciò significa che le particelle a queste energie più elevate non possono aver viaggiato più di circa 300 milioni di anni luce prima di raggiungere la Terra.

Nonostante questa interruzione, il team internazionale che ha rilevato Amaterasu non è più saggio riguardo all'origine della particella, secondo Toshihiro Fujii dell'Università Metropolitana di Osaka in Giappone, che per primo ha notato l'evidenza dell'UHECR nei dati del Telescope Array.

"Abbiamo scoperto questo nuovo mistero", ha detto, sottolineando che la particella non è correlata a nessun oggetto astrofisico conosciuto. Scrivere sul diario Scienze, il team suggerisce diverse possibili origini per Amaterasu.

Oscurità e luce

Guardando all'interno del limite GZK e supponendo che la particella sia stata deviata dal campo magnetico della Via Lattea, una possibile origine è la galassia NGC 6946. Si trova a circa 25 milioni di anni luce di distanza ed è nota per la sua prodigiosa formazione stellare e numerose supernove. Tuttavia, gli astronomi non hanno osservato i raggi gamma o i raggi X provenienti dalla galassia. L’osservazione di questa radiazione suggerirebbe la presenza di un oggetto astrofisico in grado di accelerare gli UHECR. Amaterasu potrebbe anche essere fatta risalire al Vuoto Locale, una regione vicina con una densità di galassie insolitamente bassa. Ma ancora una volta, non esiste alcun oggetto che possa essere identificato come fonte.

Secondo il team, un’altra possibilità è che la nostra comprensione incompleta della fisica delle particelle oltre il Modello Standard potrebbe significare che Amaterasu abbia viaggiato più lontano di quanto consentito dal limite GZK. Se così fosse, potrebbe darsi che l’origine dell’UHECR sia così lontana che non possiamo rilevarne le emissioni elettromagnetiche.

Secondo Fujii, la fonte più esotica possibile di Amaterasu è un “acceleratore oscuro” – un oggetto ipotetico che emette UHECR ma nessun’altra radiazione.

Nonostante la scoperta e le speculazioni, Rafael Alves Batista, ha detto un astrofisico dell'Università Autonoma di Madrid Mondo della fisica che l’osservazione non rivela “niente di nuovo” sugli UHECR.

"Sono un conservatore, nel senso che non mi butterei in alcuna spiegazione oltre il Modello Standard", dice. “Abbiamo oggetti astrofisici che possono effettivamente generare questi raggi cosmici ad alta energia. Semplicemente non sappiamo come ciò accada, o dove siano questi oggetti, o quali oggetti stiano facendo questo”.

Sottolinea inoltre che gli astronomi hanno una conoscenza molto scarsa dei campi magnetici al di fuori della Via Lattea, il che rende molto difficile tornare indietro.

Completa incertezza

“Nella nostra galassia, non conosciamo realmente [il campo magnetico galattico] ma almeno sappiamo che si trova entro limiti specifici. Ma, per i campi magnetici extra galattici, è completamente incerto”, ha detto Batista.

Sia Fujii che Batista concordano sul fatto che sono necessarie ulteriori osservazioni di questi rari eventi prima di poter iniziare a comprendere le origini degli UHECR. Sono inoltre necessari miglioramenti nella nostra comprensione dei campi magnetici extragalattici.

Alcune di queste osservazioni verranno sicuramente effettuate dal Telescope Array. È il più grande rilevatore di raggi cosmici nell'emisfero settentrionale e attualmente è in fase di espansione fino a diventare un fattore quattro più grande della sua area attuale.

Oggi, particelle come Amaterasu vengono rilevate circa una volta ogni 15 anni, ma Fujii afferma che i miglioramenti al Telescope Array potrebbero ridurlo a una volta ogni quattro anni.

La ricerca è descritta in Scienze.

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• Fonte: https://physicsworld.com/a/mysterious-ultrahigh-energy-cosmic-ray-puzzles-astronomers/