I raggi cosmici sono in realtà particelle subatomiche, essendo principalmente protoni (nuclei di idrogeno) e occasionalmente elio o nuclei atomici più pesanti e molto occasionalmente elettroni. Le particelle di raggi cosmici sono molto energiche a causa della loro notevole velocità e quindi di un notevole slancio.
La particella Oh-My-God rilevata nello Utah nel 1991 era probabilmente un protone che viaggiava a 0,999 (e poi aggiunge altri 20 x 9 secondi) della velocità della luce e presumibilmente portava la stessa energia cinetica di una palla da baseball che viaggia a 90 chilometri ora.
La sua energia cinetica è stata stimata in 3 x 1020 elettronvolt (eV) e avrebbe avuto l'energia di collisione di 7,5 x 1014 eV quando colpisce una particella atmosferica, poiché non può rinunciare a tutta la sua energia cinetica nella collisione. I detriti in rapido movimento ne portano via un po 'e c'è anche una perdita di calore. In ogni caso, questa è ancora circa 50 volte l'energia di collisione che ci aspettiamo che il Large Hadron Collider (LHC) sarà in grado di generare a piena potenza. Quindi, questo ti dà una solida base per deridere i profeti del giudizio che sono ancora convinti che l'LHC distruggerà la Terra.
Ora, la maggior parte delle particelle di raggi cosmici sono a bassa energia, fino a 1010 eV - e derivano localmente dai brillamenti solari. Un'altra classe più energica, fino a 1015 eV, si pensa che provengano da altrove nella galassia. È difficile determinare la loro esatta fonte in quanto i campi magnetici della galassia e il sistema solare alterano le loro traiettorie in modo che finiscano per avere una distribuzione uniforme nel cielo - come se provenissero da ogni parte.
Ma in realtà, questi raggi cosmici galattici probabilmente provengono da supernovae - molto probabilmente in un processo di rilascio ritardato quando le particelle rimbalzano avanti e indietro nel campo magnetico persistente di un residuo di supernova, prima di essere catapultate nella galassia più ampia.
E poi ci sono raggi cosmici extragalattici, che sono della varietà Oh-My-God, con livelli di energia superiori a 1015 eV, anche raramente superiore a 1020 eV - che sono più formalmente denominati raggi cosmici ad altissima energia. Queste particelle viaggiano molto vicino alla velocità della luce e devono aver avuto un calcio di punizione per raggiungere tali velocità.
Tuttavia, un'aura forse esagerata di mistero ha tradizionalmente circondato l'origine dei raggi cosmici extragalattici, come esemplificato nel titolo di Oh-My-God.
In realtà, ci sono limiti alla distanza da cui una particella ad altissima energia può provenire - poiché, se non si scontrano con qualcos'altro, alla fine si imbatteranno nel limite di Greisen – Zatsepin – Kuzmin (GZK) . Ciò rappresenta la probabilità che una particella in rapido movimento finisca per scontrarsi con un fotone cosmico di fondo a microonde, perdendo energia nel momento e velocità nel processo. Risolve che i raggi cosmici extragalattici conservano energie di oltre 1019 eV non può aver avuto origine da una fonte oltre 163 milioni di anni luce dalla Terra - una distanza nota come orizzonte GZK.
Recenti osservazioni dell'Osservatorio Pierre Auger hanno trovato una forte correlazione tra i modelli di raggi cosmici extragalattici e la distribuzione di galassie vicine con nuclei galattici attivi. Biermann e Souza hanno ora messo a punto un modello basato sull'evidenza per l'origine dei raggi cosmici galattici ed extragalattici, che ha una serie di previsioni verificabili.
Propongono che i raggi cosmici extragalattici siano fatti ruotare in dischi supermassicci di accrescimento del buco nero, che sono la base dei nuclei galattici attivi. Inoltre, stimano che quasi tutti i raggi cosmici extragalattici che raggiungono la Terra provengono dal Centaurus A. Quindi, nessun enorme mistero - anzi un'area ricca per ulteriori ricerche. Le particelle di un disco di accrescimento buco nero supermassiccio attivo in un'altra galassia vengono consegnate alla nostra porta di casa.
Ulteriori letture: Biermann e Souza Su un'origine comune di raggi cosmici galattici ed extragalattici.
