Le sorgenti di raggi cosmici ad alta energia vengono mappate per la prima volta

Immediatamente, alcune scorte sono aumentate: in particolare, tre tipi di oggetti candidati che infilano l’ago di essere relativamente comuni nel cosmo ma potenzialmente abbastanza speciali da produrre particelle di Oh-Mio-Dio.

Icarus Stars

Nel 2008, Farrar e un coautore proposto che i cataclismi chiamati eventi di perturbazione delle maree (TDE) potrebbero essere la fonte di raggi cosmici ad altissima energia.

Un TDE si verifica quando una stella tira un Icaro e si avvicina troppo a un buco nero supermassiccio. La parte anteriore della stella sente tanta più gravità della sua schiena che la stella viene ridotta in mille pezzi e vortica nell’abisso. Il vortice dura circa un anno. Finché dura, due getti di materiale – i brandelli subatomici della stella disgregata – escono dal buco nero in direzioni opposte. Le onde d’urto e i campi magnetici in questi raggi potrebbero quindi cospirare per accelerare i nuclei a energie ultraelevate prima di lanciarli nello spazio.

Gli eventi di perturbazione delle maree si verificano all’incirca una volta ogni 100.000 anni in ogni galassia, che è l’equivalente cosmologico di accadere ovunque tutto il tempo. Poiché le galassie tracciano la distribuzione della materia, i TDE potrebbero spiegare il successo del modello continuo di Ding, Globus e Farrar.

Glennys Farrar, astrofisico presso la New York University, ha contribuito a decodificare i raggi cosmici ad altissima energia utilizzando il campo magnetico della Via Lattea.Per gentile concessione di Glennys Farrar

Inoltre, il lampo relativamente breve di un TDE risolve altri enigmi. Quando il raggio cosmico di un TDE ci raggiungerà, il TDE sarà stato buio per migliaia di anni. Altri raggi cosmici dallo stesso TDE potrebbero prendere percorsi piegati separati; alcuni potrebbero non arrivare per secoli. La natura transitoria di un TDE potrebbe spiegare perché sembra esserci così poco schema nelle direzioni di arrivo dei raggi cosmici, senza forti correlazioni con le posizioni degli oggetti conosciuti. “Sono propenso ora a credere che siano transitori, per lo più”, ha detto Farrar delle origini dei raggi.

L’ipotesi TDE ha ricevuto recentemente un altro impulso, da un’osservazione riportato in Astronomia della natura a febbraio.

Robert Stein, uno degli autori dell’articolo, stava azionando un telescopio in California chiamato Zwicky Transient Factory nell’ottobre 2019 quando è arrivato un allarme dall’osservatorio dei neutrini IceCube in Antartide. IceCube aveva individuato un neutrino particolarmente energico. I neutrini ad alta energia vengono prodotti quando i raggi cosmici di energia ancora più elevata disperdono la luce o la materia nell’ambiente in cui vengono creati. Fortunatamente, i neutrini, essendo neutri, viaggiano verso di noi in linea retta, quindi puntano direttamente alla sorgente del loro raggio cosmico genitore.

Stein ruotò il telescopio nella direzione di arrivo del neutrino di IceCube. “Abbiamo immediatamente visto che si è verificato un evento di interruzione della marea dalla posizione da cui era arrivato il neutrino”, ha detto.

La corrispondenza rende più probabile che i TDE siano almeno una fonte di raggi cosmici ad altissima energia. Tuttavia, l’energia del neutrino era probabilmente troppo bassa per dimostrare che i TDE producono i raggi di altissima energia. Alcuni ricercatori si chiedono fortemente se questi transitori possano accelerare i nuclei fino all’estremità estrema dello spettro di energia osservato; i teorici stanno ancora esplorando come gli eventi potrebbero accelerare le particelle in primo luogo.

Nel frattempo, altri fatti hanno rivolto altrove l’attenzione di alcuni ricercatori.

Starburst Superwinds

Gli osservatori di raggi cosmici come Auger e il Telescope Array hanno anche trovato alcuni punti caldi – concentrazioni piccole e sottili nelle direzioni di arrivo dei raggi cosmici di altissima energia. Nel 2018 Auger pubblicato i risultati di un confronto dei suoi punti caldi con le posizioni di oggetti astrofisici entro poche centinaia di milioni di anni luce da qui. (I raggi cosmici provenienti da più lontano perderebbero troppa energia nelle collisioni a metà viaggio.)

Nel contesto della correlazione incrociata, nessun tipo di oggetto ha funzionato eccezionalmente bene, comprensibilmente, data l’esperienza della deflessione dei raggi cosmici. Ma la correlazione più forte ha sorpreso molti esperti: circa il 10 percento dei raggi proveniva da entro 13 gradi dalle direzioni delle cosiddette “galassie starburst”. “In origine non erano nel mio piatto”, ha detto Michael Unger dell’Istituto di tecnologia di Karlsruhe, un membro del team Auger.

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