La missione spaziale Dampe svela nuovi dettagli sulle proprietà dei raggi cosmici nella nostra galassia

Una nuova caratteristica nello spettro energetico dei raggi cosmici è stata rivelata da DAMPE (Dark Matter Particle Explorer), la missione spaziale cinese realizzata con un grande contributo dell’Italia, coordinato dall’INFN, e che è attiva da oltre dieci anni su un satellite che orbita a 500 chilometri di quota. Il risultato, pubblicato oggi su Nature, mostra che i raggi cosmici galattici carichi, come i nuclei di idrogeno, elio, carbonio, ossigeno e ferro, hanno una caratteristica comune nel loro spettro energetico: per tutte queste particelle l’intensità del flusso diminuisce più rapidamente una volta raggiunto uno specifico valore di energia, che risulta essere proporzionale alla carica elettrica del nucleo. Più precisamente, la diminuzione avviene, per tutti i nuclei, allo stesso valore di rigidità magnetica pari a circa 15 TeraVolt. La rigidità è una proprietà di una particella elettricamente carica (in sostanza è il rapporto tra energia e carica da essa possedute) che misura quanto sia difficile curvarne la traiettoria utilizzando un campo magnetico.

Arrivare a questa misura è stato possibile perché DAMPE è riuscito a esplorare regioni di energia talmente elevate da non essere mai state raggiunte da altri esperimenti nello spazio con la stessa precisione. Si tratta di energie dell’ordine del PeV (un milione di miliardi di elettronvolt), raggiunte in oggetti astrofisici tra i più estremi nella nostra Galassia e più di cento volte superiori alle energie a cui si riescono ad accelerare i protoni nel Large Hadron Collider del CERN.

Questo risultato rappresenta un grande passo avanti per riuscire a capire meglio le caratteristiche dei raggi cosmici e dei meccanismi che li portano a raggiungere energie così elevate. Ad oggi, infatti, non si conoscono ancora bene i meccanismi di produzione e propagazione di queste particelle. Per questo la comunità internazionale sta utilizzando diverse tecniche sperimentali che, allo studio delle particelle cariche, aggiungono anche le osservazioni di fotoni e neutrini di altissima energia con rivelatori in funzione nello spazio, a terra su grandi altopiani, sotto il ghiaccio del Polo Sud e nelle profondità del Mar Mediterraneo.

All’impresa partecipano vari gruppi italiani tra i quali un gruppo di ricercatori del Dipartimento di Matematica e Fisica “Ennio De Giorgi” dell’Università del Salento – i professori Paolo Bernardini e Francesco de Palma e le dottoresse Elisabetta Casilli ed Essna Ghose – e della Sezione INFN di Lecce, nelle persone di Antonio Surdo e Francesca Alemanno. Il gruppo di Lecce contribuisce alle attività di ricerca di DAMPE da oltre dieci anni ed ha svolto un ruolo fondamentale nell’analisi dei dati reali e nella produzione dei dati simulati, essenziali per completare lo studio dei raggi cosmici.

La pubblicazione dell’articolo sulla rivista Nature, insieme alle recenti osservazioni ad alta significatività dell’eccesso di emissione dal Centro Galattico e delle bolle di Fermi (https://arxiv.org/abs/2512.23458), dimostra come DAMPE stia producendo risultati scientifici di eccezionale rilievo nel panorama della fisica astroparticellare.

DAMPE è un esperimento ideato per lo studio della radiazione cosmica di alta energia e frutto di una collaborazione internazionale guidata dall’Accademia cinese delle scienze e che include l’INFN (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare), il Gran Sasso Science Institute, le Università di Perugia, Bari, del Salento e l’Università di Ginevra.

Il rivelatore è costituito da tre sottosistemi principali: un calorimetro a cristalli di germanato di bismuto (BGO), che consente di misurare l’energia dei raggi cosmici con una risoluzione eccellente; un sottosistema per la misura del valore assoluto della carica elettrica, collocato sulla sommità dell’apparato e realizzato con due strati di scintillatori plastici; un tracciatore composto da strisce di silicio e fogli di tungsteno, in grado di ricostruire con precisione la direzione di arrivo dei raggi cosmici. Benché la missione fosse programmata per durare nominalmente cinque anni, il rivelatore è ancora in ottimo stato e promette di fornire dati interessanti ben oltre i dieci anni di attività appena compiuti.