“Scoperta l’origine dei raggi cosmici”, Unisalento nel gruppo di ricerca

LECCE – La prestigiosa rivista Science ha pubblicato oggi, 22 settembre, un articolo in cui riporta l’evidenza sperimentale che i raggi cosmici con energie un milione di volte superiori a quelle che siamo riusciti a produrre nei laboratori terrestri, quelle dei protoni accelerati nel Large Hadron Collider del CERN, provengono dal di fuori della nostra galassia.

La scoperta – si legge nel comunicato di Unisalento – è frutto dell’analisi dei dati raccolti dall’istituto Pierre Auger il più grande osservatorio di raggi cosmici mai costruito dall’uomo in Argentina che raccoglie stabilmente dati dal 2004.

Oggi oltre 500 fisici da quasi 100 istituti nel mondo collaborano all’osservatorio. L’Italia è presente con 11 tra università e sezioni INFN (dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare) ed INAF (Istituto Nazionale di Astrofisica) per un totale di circa 50 ricercatori. L’Università del Salento fa parte di questo prestigioso team di ricerca insieme con la sua sezione locale dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, ha contribuito alle realizzazione dell’Osservatorio Pierre Auger e partecipa attivamente al suo programma di aggiornamento insieme alle università di L’Aquila, Catania, Milano, “Federico Secondo” di Napoli, Roma Tor Vergata, Torino, Politecnico di Milano, i Laboratori del Gran Sasso e il Gran Sasso Science Institute.

La ricerca pubblicata su Science risponde ad un interrogativo che è sorto fin dagli anni ‘60, quando si è scoperta l’esistenza di raggi cosmici con energie così grandi e si è speculato sulla loro origine: sono prodotti nella nostra galassia o provengono da galassie lontane? Dopo più di 50 anni, il mistero è stato svelato osservando particelle cosmiche di altissima energia. Gli scienziati che analizzano i dati raccolti dall’Osservatorio Pierre Auger hanno scoperto che, a queste energie, i raggi cosmici non arrivano in maniera uniforme da tutte le direzioni del cielo, ma che la loro frequenza di arrivo è di circa il 6% maggiore da un lato del cielo rispetto alla direzione opposta.

Secondo il professor Karl-Heinz Kampert (Università di Wuppertal), portavoce della Collaborazione Pierre Auger, che coinvolge scienziati provenienti da 18 paesi, “Siamo ora molto più vicini a risolvere il mistero dell’origine di queste straordinarie particelle, una questione di grande interesse per gli astrofisici. La nostra osservazione fornisce prove convincenti che i siti di accelerazione si trovano fuori dalla Via Lattea”. Il professor Alan Watson (Università di Leeds), portavoce emerito, considera questo risultato “Uno dei più emozionanti ottenuti e che risolve uno dei problemi per il quale l’Osservatorio è stato concepito da Jim Cronin e da me oltre 25 anni fa”. Il professor Daniele Martello (Università del Salento), portavoce della collaborazione italiana all’interno dell’Osservatorio ritiene che “Questa scoperta è un primo passo importante a cui ne seguiranno molti altri non appena l’Osservatorio sarà in grado di identificare la natura dei raggi cosmici più energetici”

I raggi cosmici sono composti dai nuclei atomici degli elementi più leggeri che vanno dall’idrogeno (il protone) al ferro. Quando hanno energie molto grandi, la loro frequenza di arrivo in cima all’atmosfera è di circa 1 per chilometro quadrato all’anno. In maniera equivalente, si potrebbe dire che un raggio cosmico di questa energia colpisce la superficie di un campo di calcio una volta ogni 120 anni. Tali particelle rare sono rilevabili perché, interagendo con i nuclei degli elementi che costituiscono l’atmosfera, creano sciami di elettroni, fotoni e altre particelle più esotiche dette muoni. Questi sciami si espandono, attraversando l’atmosfera alla velocità della luce in una struttura a disco, simile a un piatto del diametro di diversi chilometri e raggiungono il suolo.

Le particelle dello sciame vengono rilevate dall’Osservatorio perché producono un cono di luce in alcuni dei suoi 1600 rivelatori, ognuno dei quali contiene 12 tonnellate d’acqua. Questi rivelatori sono distribuiti su una superficie che si estende per 3000 chilometri quadrati situata nell’Argentina occidentale, comparabile, come dimensione, al nostro Salento.

Studiando la distribuzione delle direzioni di arrivo di oltre 30000 particelle cosmiche, la collaborazione Auger ha scoperto nel flusso dei raggi cosmici un eccesso nella direzione in cui la distribuzione delle galassie è relativamente elevata. Anche se questa scoperta indica chiaramente un’origine extragalattica di queste particelle, le loro sorgenti devono ancora essere individuate. A queste energie, infatti, le particelle vengono deviate di alcune decine di gradi dal campo magnetico galattico rendendo impossibile l’identificazione della posizione delle loro sorgenti, ma permettendo di individuare solo la regione di provenienza. Tale regione, però, non può essere associata a sorgenti nel piano o nel centro della nostra galassia.

Esistono, tuttavia, raggi cosmici di energia ancora più elevata rispetto alla maggior parte di quelli utilizzati in questo studio, alcuni anche con l’energia cinetica pari a quella posseduta da una palla da tennis colpita da un giocatore professionista. Poiché le deviazioni di tali particelle dovrebbero essere più piccole, le direzioni di arrivo dovrebbero puntare con minore incertezza verso i loro luoghi di produzione. Questi raggi cosmici sono ancora più rari e ulteriori studi sono in corso per cercare di individuare quali siano gli oggetti extragalattici che fungono da giganteschi acceleratori cosmici. La conoscenza della natura delle particelle aiuterà questa ricerca e a questo obbiettivo è mirato l’aggiornamento dell’Osservatorio Pierre Auger attualmente in fase di realizzazione.

Il gruppo di ricerca che contribuisce alle attività dell’Osservatorio e che opera presso l’Università del Salento e la sezione di Lecce dell’INFN è costituito da: Dottoressa Gabriella Cataldi (INFN), Dottoressa Viviana Scherini (INFN), Dottoressa Carla Bleve (Unisalento), Dottoressa Maria Rita Coluccia (Unisalento), Professor Stefano D’Amico (Unisalento), Professor Ivan De Mitri (Unisalento), Professor Giovanni Marsella (Unisalento), Professor Giovanni Mancarella (Unisalento), Professor Daniele Martello (Unisalento), Dottor Achille Nucita (Unisalento), Professor Lorenzo Perrone (Unisalento), Professor Francesco Strafella (Unisalento).