In un'ondata di comunicati stampa, gli ultimi studi condotti dal telescopio spaziale a raggi gamma Fermi della NASA stanno illuminando il mondo dell'astrofisica delle particelle con la notizia di come le supernovae possano essere progenitrici dei raggi cosmici. Il resto sono elettroni e nuclei atomici. Quando si incontrano con un campo magnetico, i loro percorsi cambiano come un paraurti in un parco di divertimenti, ma non c'è nulla di divertente nel non conoscere le loro origini. Ora, quattro anni di duro lavoro svolto dagli scienziati del Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology presso il Department of Energy (DOE) SLAC National Accelerator Laboratory hanno dato i loro frutti. Vi sono prove di come nascono i raggi cosmici.
"Le energie di questi protoni sono molto al di là di ciò che i più potenti collettori di particelle sulla Terra possono produrre", ha dichiarato Stefan Funk, astrofisico del Kavli Institute e della Stanford University, che ha guidato l'analisi. "Nel secolo scorso abbiamo imparato molto sui raggi cosmici quando arrivano qui. Abbiamo anche avuto forti sospetti sulla fonte della loro accelerazione, ma non abbiamo avuto prove inequivocabili per sostenerli fino a poco tempo fa. "
Fino ad ora, gli scienziati non erano chiari su alcuni particolari, ad esempio quali particelle atomiche potrebbero essere responsabili delle emissioni di gas interstellare. Per aiutare la loro ricerca, hanno esaminato da vicino un paio di resti di supernova che emettono raggi gamma, noti come IC 443 e W44. Perché la discrepanza? In questo caso i raggi gamma condividono energie simili con i protoni e gli elettroni dei raggi cosmici. Per distinguerli, i ricercatori hanno scoperto il pione neutro, il prodotto dei protoni dei raggi cosmici che hanno un impatto sui protoni normali. Quando ciò accade, il pione decade rapidamente in una serie di raggi gamma, lasciando un declino caratteristico - uno che fornisce prova sotto forma di protoni. Creati in un processo noto come Accelerazione di Fermi, i protoni rimangono prigionieri nella parte anteriore d'urto in rapido movimento della supernova e non sono influenzati dai campi magnetici. Grazie a questa proprietà, gli astronomi sono stati in grado di rintracciarli direttamente alla loro fonte.
"La scoperta è la pistola fumante che questi due resti di supernova stanno producendo protoni accelerati", ha detto il ricercatore principale Stefan Funk, un astrofisico del Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology presso la Stanford University in California. "Ora possiamo lavorare per capire meglio come gestiscono questa impresa e determinare se il processo è comune a tutti i resti in cui vediamo l'emissione di raggi gamma."
Sono piccoli acceleratori? Betcha. Ogni volta che la particella attraversa la parte anteriore dell'ammortizzatore, guadagna circa l'1% in più di velocità, alla fine abbastanza da liberarsi come raggio cosmico. "Gli astronauti hanno documentato che in realtà vedono lampi di luce associati ai raggi cosmici", ha osservato Funk. "È uno dei motivi per cui ammiro il loro coraggio: l'ambiente là fuori è davvero piuttosto difficile." Il prossimo passo di questa ricerca, ha aggiunto Funk, è comprendere i dettagli esatti del meccanismo di accelerazione e anche le massime energie a cui i resti di supernova possono accelerare i protoni.
Tuttavia, gli studi non finiscono qui. Altre nuove prove di resti di supernovae che agiscono come acceleratori di particelle sono emerse durante un'attenta analisi osservazionale da parte dell'astronomo serbo Sladjana Nikolic (Max Planck Institute for Astronomy). Hanno dato un'occhiata alla composizione della luce. Nikolic spiega: "Questa è la prima volta che siamo stati in grado di dare uno sguardo dettagliato alla microfisica dentro e intorno alla regione di shock. Abbiamo trovato prove per una regione precursore direttamente di fronte allo shock, che si ritiene sia un prerequisito per la produzione di raggi cosmici. Inoltre, la regione precursore viene riscaldata esattamente come ci si aspetterebbe se ci fossero protoni che trasportano energia dalla regione direttamente dietro lo shock. "
Nikolic e i suoi colleghi hanno utilizzato lo spettrografo VIMOS presso il Very Large Telescope dell'Osservatorio europeo meridionale in Cile per osservare e documentare una breve sezione del fronte di shock della supernova SN 1006. Questa nuova tecnica è nota come spettroscopia di campo integrale - un processo per la prima volta che consente agli astronomi di esaminare a fondo la composizione della luce dal residuo della supernova. Kevin Heng dell'Università di Berna, uno dei supervisori del lavoro di dottorato di Nikolic, afferma: “Siamo particolarmente orgogliosi del fatto che siamo riusciti a utilizzare la spettroscopia di campo integrale in un modo piuttosto non ortodosso, poiché di solito viene utilizzato per lo studio di galassie ad alto spostamento verso il rosso. In tal modo, abbiamo raggiunto un livello di precisione che supera di gran lunga tutti gli studi precedenti. "
È davvero un momento interessante osservare da vicino i resti di supernovae, soprattutto per quanto riguarda i raggi cosmici. Come spiega Nikolic: “Questo era un progetto pilota. Le emissioni che abbiamo osservato dal residuo di supernova sono molto, molto deboli rispetto ai soliti oggetti target per questo tipo di strumento. Ora che sappiamo cosa è possibile, è davvero eccitante pensare a progetti di follow-up ". Glenn van de Ven del Max Planck Institute for Astronomy, l'altro co-supervisore di Nikolic ed esperto di spettroscopia di campo integrale, aggiunge: “Questo tipo di nuovo approccio osservativo potrebbe essere la chiave per risolvere il puzzle di come vengono prodotti i raggi cosmici resti di supernova. "
Roger Blandford, direttore del Kavli Institute, che ha partecipato all'analisi di Fermi, ha dichiarato: "È giusto che una dimostrazione così chiara che mostri i resti di supernova acceleri i raggi cosmici, mentre celebriamo il 100 ° anniversario della loro scoperta. Porta a casa quanto velocemente stanno avanzando le nostre capacità di scoperta. "
Fonti di storie originali e ulteriori letture: nuovo approccio nella caccia all'acceleratore di particelle cosmiche, Fermi della NASA dimostra che i resti di supernova producono raggi cosmici e prova: i raggi cosmici provengono da stelle esplosive.
