L’osservatorio di raggi gamma H.E.S.S. rivela un processo di accelerazione delle particelle cosmiche con dettagli senza precedenti‎

 

 

 

‎Con l’aiuto di telescopi speciali, i ricercatori hanno osservato un acceleratore di particelle cosmiche come mai prima d’ora. Le osservazioni effettuate con l’osservatorio di raggi gamma H.E.S.S. in Namibia mostrano per la prima volta il corso di un processo di accelerazione in un processo stellare chiamato nova, che comprende potenti eruzioni sulla superficie di una nana bianca.

Una nova crea un’onda d’urto che attraversa il mezzo circostante, tirando con sé le particelle e accelerandole verso energie estreme. Sorprendentemente, la nova “RS Ophiuchi” sembra far accelerare le particelle a velocità che raggiungono il limite teorico, corrispondente alle condizioni ideali. La ricerca è stata pubblicata sulla rivista ‎‎Science‎‎.‎

‎Le nane bianche sono stelle collassate su se stesse e si sviluppano in oggetti estremamente compatti. Gli eventi Novae si verificano, ad esempio, quando una nana bianca si trova in un sistema binario con un astro più grande e la nana bianca raccoglie materiale dalla sua compagna più massiccia a causa della sua gravità.

Una volta che il materiale raccolto supera un livello critico, stimola un’esplosione termonucleare sulla superficie della nana bianca. Alcune novae sono note per la periodicità. RS Ophiuchi è una di queste novae ricorrenti; c’è un’esplosione sulla sua superficie ogni 15-20 anni.

“Le stelle che formano il sistema si trovano approssimativamente alla stessa distanza della Terra e del Sole l’una dall’altra”, spiega Alison Mitchell, ricercatrice presso la Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg e ricercatrice principale del programma H.E.S.S Nova. “Quando la nova è esplosa nell’agosto 2021, i telescopi H.E.S.S. ci hanno permesso di osservare per la prima volta un’esplosione galattica in raggi gamma ad altissima energia”, continua.‎

‎Il gruppo di ricerca ha osservato che le particelle sono state accelerate a energie diverse centinaia di volte superiori a quelle precedentemente osservate nelle novae. Inoltre, l’energia rilasciata a seguito dell’esplosione è stata trasformata in modo estremamente efficiente in protoni accelerati e nuclei pesanti, in modo tale che l’accelerazione delle particelle raggiungesse le velocità massime calcolate nei modelli teorici.

Secondo Ruslan Konno, uno degli autori principali dello studio e dottorando al DESY di Zeuthen, “L’osservazione che il limite teorico per l’accelerazione delle particelle può effettivamente essere raggiunto in vere onde d’urto cosmiche ha enormi implicazioni per l’astrofisica. Suggerisce che il processo di accelerazione potrebbe essere altrettanto efficiente nei loro parenti molto più estremi, le supernove”.‎

‎Durante l’eruzione di RS Ophiuchi, i ricercatori sono stati in grado per la prima volta di seguire lo sviluppo della nova in tempo reale, consentendo loro di osservare e studiare l’accelerazione delle particelle cosmiche come se stessero guardando un film. I ricercatori sono stati in grado di misurare i raggi gamma ad alta energia fino a un mese dopo l’esplosione.

“Questa è la prima volta che siamo stati in grado di effettuare osservazioni come questa e ci permetterà di ottenere informazioni future ancora più accurate su come funzionano le esplosioni cosmiche”, spiega Dmitry Khangulyan, astrofisico teorico presso la Rikkyo University di Tokyo, in Giappone.

“Possiamo, ad esempio, scoprire come le novae contribuiscono all’onnipresente mare dei raggi cosmici e quindi hanno un effetto considerevole sulle dinamiche dei loro immediati dintorni”. I raggi cosmici sono immense piogge di particelle subatomiche energetiche che provengono da ogni direzione nello spazio allo stesso tempo e la cui origine esatta è poco chiara.‎

‎Per queste misurazioni sono stati necessari telescopi specifici. La struttura H.E.S.S. (che sta per High Energy Stereoscopic System) in Namibia è composta da cinque telescopi Cherenkov che vengono utilizzati per studiare i raggi gamma dallo spazio. Una nuova fotocamera all’avanguardia altamente sensibile, nota come FlashCam, è stata recentemente installata nel telescopio più grande.

Il progetto FlashCam è attualmente in fase di ulteriore sviluppo per l’osservatorio a raggi gamma di prossima generazione, il Cherenkov Telescope Array (CTA). “La nuova fotocamera è in uso dalla fine del 2019 e questa misurazione mostra quanto potenziale abbia l’ultima generazione di telecamere”, spiega Simon Steinmaßl, dottorando presso il Max Planck Institute for Nuclear Physics di Heidelberg, che è stato coinvolto nell’analisi dei dati della telecamera.‎

‎I telescopi sono stati puntati verso la nova con un preavviso molto breve dopo che gli astronomi dilettanti hanno segnalato per la prima volta la nova alla comunità astrofisica. Il successo dell’osservazione è dovuto in gran parte alla rapida reazione dei ricercatori e della più ampia comunità astronomica, aprendo la strada a vaste osservazioni successive.

Il direttore dell’H.E.S.S. Stefan Wagner, professore all’osservatorio regionale di Heidelberg, spiega: “Nei prossimi anni, la ricerca che utilizza i telescopi CTA mostrerà se questo tipo di nova è speciale”. Inoltre, i ricercatori ora hanno un’idea più chiara di cosa cercare. Ciò dà origine a una serie di nuove possibilità per ottenere una migliore comprensione ed essere meglio in grado di spiegare gli eventi legati alle novae. “Questa misurazione è un ulteriore successo nell’astronomia dei raggi gamma e un segnale incoraggiante che saremo in grado di studiare molte più esplosioni cosmiche con H.E.S.S. e telescopi a raggi gamma del futuro”.‎

 

Immagine: DESY/H.E.S.S., Science Communication Lab

 

 



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