La collaborazione H.E.S.S. rileva gli elettroni e i positroni dei raggi cosmici più energetici mai osservati

L’Osservatorio H.E.S.S. situato in Namibia utilizza cinque grandi telescopi per catturare e registrare la debole radiazione Cherenkov prodotta dalle particelle pesantemente cariche e dai fotoni che entrano nell’atmosfera terrestre, producendo una pioggia di particelle nella loro scia.

 

 

 

L’Universo pullula di ambienti estremi, che vanno dalle temperature più fredde alle fonti di energia più alte possibili.

Di conseguenza, oggetti estremi come i resti di supernova, le pulsar e i nuclei galattici attivi sono in grado di emettere particelle cariche e raggi gamma con energie incredibilmente elevate, così alte da superare di diversi ordini di grandezza l’energia prodotta dalla fusione nucleare nelle stelle.

I raggi gamma rilevati sulla Terra ci dicono molto su queste sorgenti, dal momento che viaggiano indisturbate nello spazio.

Tuttavia, nel caso delle particelle cariche, note anche come raggi cosmici, le cose sono più complicate perché sono costantemente colpite dai campi magnetici presenti ovunque nell’Universo, e impattano la Terra in modo isotropo, in altre parole da tutte le direzioni.

Inoltre, queste particelle cariche perdono parte della loro energia lungo il percorso, quando interagiscono con la luce e i campi magnetici.

Queste perdite di energia sono particolarmente significative per gli elettroni e i positroni più energetici, noti come elettroni a raggi cosmici (CRe), la cui energia supera un teraelettronvolt (TeV) (cioè 1000 miliardi di volte maggiore di quella della luce visibile).

È quindi impossibile determinare il punto di origine di tali particelle cariche nello spazio, anche se la loro rilevazione sulla Terra è un chiaro indicatore della presenza di potenti acceleratori di particelle a raggi cosmici nelle sue vicinanze.

Tuttavia, la rilevazione di elettroni e positroni con energie di diversi teraelettronvolt è particolarmente impegnativa.

Gli strumenti spaziali, con aree di rilevamento di circa un metro quadrato, non sono in grado di catturare un numero sufficiente di tali particelle, che diventano sempre più rare quanto più alta è la loro energia.

Gli strumenti terrestri, d’altra parte, che rilevano indirettamente l’arrivo dei raggi cosmici attraverso gli sciami di particelle che producono nell’atmosfera terrestre, si trovano di fronte alla sfida di differenziare gli sciami innescati dagli elettroni dei raggi cosmici (o positroni) dagli sciami molto più frequenti prodotti dall’impatto dei protoni e dei nuclei dei raggi cosmici più pesanti.

L’Osservatorio H.E.S.S. situato in Namibia utilizza cinque grandi telescopi per catturare e registrare la debole radiazione Cherenkov prodotta dalle particelle pesantemente cariche e dai fotoni che entrano nell’atmosfera terrestre, producendo una pioggia di particelle nella loro scia.

Sebbene lo scopo principale dell’Osservatorio sia quello di rilevare e selezionare i raggi gamma al fine di studiare le loro sorgenti, i dati possono anche essere utilizzati per la ricerca di elettroni dei raggi cosmici.

Nell’analisi più estesa mai effettuata, gli scienziati della collaborazione H.E.S.S. hanno ora ottenuto nuove informazioni sull’origine di queste particelle.

Gli astrofisici lo hanno fatto setacciando l’enorme set di dati raccolti nel corso di un decennio dai quattro telescopi da 12 metri, applicando nuovi e più potenti algoritmi di selezione in grado di estrarre il CRe dal rumore di fondo con un’efficienza senza precedenti.

Ciò ha portato a un insieme di dati statistici senza rivali per l’analisi degli elettroni dei raggi cosmici.

Più specificamente, i ricercatori dell’H.E.S.S. sono stati in grado di ottenere per la prima volta dati sul CRe nelle gamme di energia più elevate, fino a 40 TeV.

Ciò ha permesso loro di identificare una rottura sorprendentemente brusca nella distribuzione dell’energia degli elettroni dei raggi cosmici.

“Questo è un risultato importante, in quanto possiamo concludere che il CRe misurato molto probabilmente proviene da pochissime fonti nelle vicinanze del nostro sistema solare, fino a un massimo di qualche 1000 anni luce di distanza, una distanza molto piccola rispetto alle dimensioni della nostra galassia”, spiega Kathrin Egberts, dell’Università di Potsdam. uno degli autori corrispondenti dello studio.

«Con la nostra analisi dettagliata siamo stati in grado di porre per la prima volta severi vincoli all’origine di questi elettroni cosmici», aggiunge il prof. Hofmann del Max-Planck-Institut für Kernphysik, coautore dello studio.

“I flussi molto bassi a TeV più grandi limitano le possibilità delle missioni spaziali di competere con questa misura. In questo modo, la nostra misurazione non solo fornisce dati in un intervallo energetico cruciale e precedentemente inesplorato, influenzando la nostra comprensione del vicinato, ma è anche probabile che rimanga un punto di riferimento per i prossimi anni”, aggiunge Mathieu de Naurois, ricercatore del CNRS presso il Laboratoire Leprince-Ringuet.

 

Immagine: MPIK/H.E.S.S. Collaboration