Cosa accelera i raggi cosmici quasi alla velocità della luce? L'astronomo ha riflettuto su questa domanda per quasi 100 anni, e ora nuove prove supportano una teoria sostenuta per due decenni secondo cui i raggi cosmici probabilmente sono alimentati da stelle esplosive e venti stellari. "Questa scoperta è stata prevista per quasi 20 anni, ma fino ad ora nessuno strumento era abbastanza sensibile per vederlo", ha detto Wystan Benbow, un astrofisico dell'Osservatorio Astrofisico Smithsonian che ha coordinato questo progetto per il sistema di array di telescopi per immagini a radiazione molto energetica (VERITAS ) collaborazione.
Quasi 100 anni fa, gli scienziati hanno rilevato i primi segni di raggi cosmici, che in realtà non sono raggi o raggi ma particelle subatomiche (per lo più protoni) che attraversano lo spazio quasi alla velocità della luce. I raggi cosmici più energici colpiscono con il pugno di una palla veloce da 98 miglia orarie, anche se sono più piccoli di un atomo. Gli astronomi si sono chiesti quale forza naturale potrebbe accelerare le particelle a una tale velocità.
I raggi cosmici più rari trasportano oltre 100 miliardi di volte più energia generata da qualsiasi acceleratore di particelle sulla Terra. Gli astronomi hanno escogitato metodi ingegnosi per rilevare i raggi cosmici che colpiscono l'atmosfera terrestre. Tuttavia, il rilevamento di raggi cosmici a distanza richiede uno sforzo molto maggiore.
VERITAS ha trovato nuove prove per i raggi cosmici nella "Galassia di sigari", noto anche come Messier 82 (M82), che si trova a 12 milioni di anni luce dalla Terra nella direzione della costellazione dell'Orsa Maggiore, che sostengono fortemente la lunga tenuta teoria secondo cui le supernove e i venti stellari di stelle massicce sono gli acceleratori dominanti delle particelle di raggi cosmici.
Le galassie con alti livelli di formazione stellare come M82, note anche come galassie "starburst", hanno un gran numero di supernovae e stelle massicce. Se la teoria è valida, le galassie stellari dovrebbero contenere più raggi cosmici rispetto alle galassie normali. La scoperta di VERITAS conferma tale aspettativa, indicando che la densità dei raggi cosmici in M82 è circa 500 volte la densità media nella nostra Galassia, la Via Lattea.
"Questa scoperta fornisce una visione fondamentale dell'origine dei raggi cosmici", ha affermato Rene Ong, professore di fisica all'Università della California, a Los Angeles, e portavoce della collaborazione VERITAS.
Uso dei raggi gamma per inferire i raggi cosmici
VERITAS non è stato in grado di rilevare direttamente i raggi cosmici di M82 perché sono intrappolati nella galassia di sigari. Invece, VERITAS ha cercato indizi sulla presenza di raggi cosmici: i raggi gamma. I raggi gamma sono la forma più energetica di luce, molto più potente della luce ultravioletta o persino dei raggi X. Quando i raggi cosmici interagiscono con il gas interstellare e le radiazioni all'interno di M82, producono raggi gamma, che possono quindi sfuggire alla loro galassia domestica e raggiungere i rivelatori terrestri.
Ci sono voluti due anni di raccolta dati dedicata per stanare il debole segnale proveniente dall'M82.
"Sapevamo che il rilevamento di M82 avrebbe avuto importanti implicazioni scientifiche. Di conseguenza, abbiamo programmato un'esposizione eccezionalmente lunga immediatamente dopo che l'esperimento è diventato pienamente operativo ", ha detto Benbow. “I dati dovevano essere meticolosamente analizzati per estrarre il segnale dei raggi gamma, che è oltre un milione di volte più piccolo del rumore di fondo. Sebbene il segnale sia solo una piccola parte dei dati, abbiamo fatto molti controlli per possibili distorsioni e siamo certi che il segnale sia autentico. "
"Il rilevamento di M82 indica che l'universo è pieno di acceleratori di particelle naturali e poiché gli osservatori di raggi gamma a terra continuano a migliorare, ulteriori scoperte sono inevitabili." ha detto Martin Pohl, professore di fisica alla Iowa State University che ha contribuito a condurre lo studio. Un osservatorio di raggi gamma VHE di prossima generazione, l'AGIS (Advanced Gamma-ray Imaging System), è già in fase di sviluppo.
VERITAS è gestito da una collaborazione di oltre 100 scienziati di 22 diverse istituzioni negli Stati Uniti, Irlanda, Inghilterra e Canada. Clicca qui per maggiori informazioni su VERITAS.
Didascalia dell'immagine principale: un composto di immagini a lunghezza d'onda multipla della galassia attiva M82 di Hubble, Chandra e Spitzer. Credito: NASA, ESA, CXC e JPL-Caltech
Fonte: Harvard Smithsonian Center for Astrophysics
