9/07/14

La sorgente delle sorgenti *

Tempo fa, avevo parlato della stella polare come di un oggetto considerato solo come un punto di riferimento, un mezzo per puntare i telescopi o poco di più. Avevamo visto che la situazione è ben diversa e la stella polare è un’entità fisica ben più importante. Vicino a lei vi è una costellazione che viene spesso nominata solo per la sua celebre e “facile” stella doppia o per gli oggetti che contiene e che servono per valutare la “capacità” visiva di tanti astrofili: il Grande Carro. In realtà, all’interno di quella costellazione, vi è qualcosa di molto più importante di cui, quasi sicuramente, ben pochi tra coloro che la scandagliano ogni sera hanno una vaga idea.

Un primo piccolo preambolo. Come funziona un rivelatore di raggi cosmici? Diciamolo in parole molto povere, anzi poverissime. In differenti zone del deserto dello Utah, ad esempio, sono sistemati degli specchi speciali chiamati “a fluorescenza”. Essi guardano il cielo in attesa che arrivino lampi creati dai raggi cosmici che, urtando le molecole di azoto atmosferiche, producono una cascata collisionale di particelle che, alla fine, investono gli specchi in grado di rivelarle e ricondurre a ciò che le ha causate. Non si leggono, quindi, i raggi cosmici come tali, ma i prodotti delle successive collisioni con il gas atmosferico. Nel caso in oggetto vi sono 523 rivelatori dispersi su una superficie di 300 miglia quadrate. Uno strumento del genere ha il suo scopo principale nello scoprire e studiare le fonti più energetiche di raggi cosmici, che , solitamente sono poste al di fuori della nostra galassia.

Il secondo preambolo definisce rozzamente cosa si intende per raggi cosmici di altissima energia.

L’idea generale è che essi provengano soprattutto da Nuclei Galattici Attivi (AGN), dove, da un lato, la materia viene inghiottita dai buchi neri galattici, dall’altro, particelle cariche vengono espulse lungo due getti a velocità mostruosa che, se sono diretti verso di noi, prendono il nome di blazar. Un’altra possibile causa potrebbe essere l’esplosione di supernove e altri fenomeni simili. Tuttavia, la causa delle sorgenti più energetiche rimane ancora un mistero non risolto.

Non confondiamo questi raggi cosmici, ovviamente,  con i ben più “modesti” raggi provenienti quotidianamente dal Sole. Ma cosa sono realmente I raggi cosmici? Di sicuro non sono … raggi, ma particelle ionizzate. Normalmente protoni (nuclei dell’idrogeno), ma anche nuclei di elementi più pesanti, come il carbonio, l’ossigeno e il ferro. Quelli più potenti sembrano derivare solo dai protoni, ma non vi sono ancora certezze.

A volte l’energia rivelata è tale che anche gli AGN e le esplosioni di supernova sembrano non essere sufficienti. Si pensa allora alle onde di shock che nascono durante una collisione galattica o magari anche a esotiche particelle sopravvissute alle prime fasi di formazione dell’Universo. Si va anche oltre, ma è inutile lanciarsi in ipotesi senza alcuna validità osservativa. Resta il fatto che  i raggi cosmici ad energia più alta sono quelli che superano i 1018 elettronvolt! Se una di queste particelle ionizzate potesse attraversare l’atmosfera e il campo magnetico e caderci sulla testa, sarebbe come ricevere una pallina da tennis lanciata a una notevole velocità.

Alcune sorgenti sono sicuramente interne alla nostra galassia, ma il 90% giunge da molto più lontano, anche se deve superare tutti gli ostacoli causati dalla radiazione cosmica di fondo, che permea tutto l’Universo. Ricordiamo che la più alta energia misurata finora è stata quella rivelata sempre nello Utah nel 1991, quando si sono raggiunti i 300 miliardi di miliardi di elettronvolt (3 1020).

Veniamo allo studio più recente, che si riferisce a una zona localizzata nella direzione del Grande Carro. Una zona piuttosto ampia, dove non è ancora possibile sapere la precisa posizione della sorgente. La “bolla” studiata invia un’energia niente male: ben 57 miliardi di miliardi di elettronvolt (5.7 1019). La dispersione dovuta agli impatti atmosferici (meno male che ci sono…) vieta, per adesso, di stabilire la direzione esatta e bisogna accontentarsi di una regione piuttosto vasta.

L’immagine mostra la concentrazione di raggi cosmici nell’emisfero nord. Si nota benissimo la macchia calda di cui si parla nel testo. Cosa c’è in quella zona che la rende la più energetica del nostro Universo? Fonte: K. Kawata, University of Tokyo Institute for Cosmic Ray Research.
L’immagine mostra la concentrazione di raggi cosmici nell’emisfero nord. Si nota benissimo la macchia calda di cui si parla nel testo. Cosa c’è in quella zona che la rende la più energetica del nostro Universo? Fonte: K. Kawata, University of Tokyo Institute for Cosmic Ray Research.

La sorgente non è in realtà una scoperta recente, ma è seguita nello Utah fin dal 2008. Da allora si sono registrati in totale 72 eventi, confermati e analizzati a fondo. Di questi ben 19 si riferiscono solo alla macchia “calda” del grande carro. Questa bolla energetica ha un diametro di circa 40 gradi che rappresenta il 6% del cielo visibile. Da quella regione proviene il 25%  degli eventi osservati.  Insomma, quella regione è difficilmente una delle tante sorgenti occasionali, ma deve essere sede di qualcosa di veramente importante e particolare. Essa sembra trovarsi nel piano supergalattico, ossia nel super ammasso quasi piatto della Vergine, di cui il nostro gruppo locale fa parte, pur se al bordo. Che il flusso ricevuto sia solo una fluttuazione statistica è praticamente da escludere, dato che tale possibilità ha una probabilità di solo 1,4 su 10000.

Riassumendo, potremmo dire che una buona fetta dei raggi cosmici dell’emisfero nord proviene da una direzione abbastanza precisa. Situazione analoga esiste anche nell’emisfero sud, dove è stata trovata un’altra zona “calda”, anche se più debole. Ogni emisfero avrebbe quindi i suoi personali raggi cosmici!

Ulteriori ricerche sono necessarie, soprattutto per localizzare sempre meglio la vera sorgente di tale spaventosa energia. L’idea odierna, tutta da verificare, è che i raggi cosmici più potenti arrivino da zone dove ci sia una concentrazione particolare di massa, come sono proprio gli ammassi e i super ammassi. Si pensa di ampliare il numero degli specchi e fare alter migliorie che, però, purtroppo, costano molto (circa sei milioni di dollari, molti meno di una normale tangente) e non sono mediaticamente interessanti come I nostri cari amici “robottini” marziani e/o lunari… Nel frattempo, speriamo che la sorgente in questione non abbia un colpo di tosse troppo violento. Non vorrei che cominciassero a pioverci in testa palline da tennis a ritmo continuo… Calma, calma, sto solo scherzando…

14 commenti

  1. SANDRO

    Come oramai ci hai abituati, caro Enzo, l'articolo fa ben capire "cosa sono" i raggi cosmici e "come vengono rilevati".
    Faccio una domanda, anche per sapere fino a che punto ho capito: visto che nell'articolo non viene riportato, oltre alla potenza è possibile conoscerne la distanza? :roll:

    Grazie

  2. purtroppo no, Sandro... se prima non si riesce a identificare quale sia la vera sorgente.

  3. davide1334

    non so se ho capito bene,secondo alcune teorie,questa concentrazione di raggi potrebbe essere emessa da una colossale concentrazione di materia che corrisponderebbe (in un rozzo paragone )al "bulge" o al disco centrale del superammasso locale?

  4. diciamo meglio: le sorgenti potrebbero essere correlate a queste concentrazioni, ma non si sa come e che cosa siano veramente...

  5. Andrea I.

    Enzo, hai scritto che dal 2008 ci sono stati 72 eventi, ma hanno una cadenza in un qualche modo ordinata o no?
    Davvero molto interessante. Posso chiedere eventuali link per approfondire?

  6. Andrea I.

    *19 eventi sorry :mrgreen:

  7. beppe

    Pallaaa!! :mrgreen:

    A parte gli scherzi che sventola di energia!! LHC fa ridere al confronto!
    Collimazione con un AGN?

  8. No, Andrea, nessuna periodicità... il mistero continua. bisogna solo sperare in "qualche dollaro in più!"
    non basta Beppe, un blazar non arriva a tanto... oppure ... chissà?!

  9. beppe

    La fuori c'è qualcuno che ha un LHC più grosso del nostro...

  10. Andrea.Andrea

    Ciao Enzo,
    Leggevo on-line che a volte possono venire in aiuto i raggi gamma per identificare una possibile direzione di provenienza dei raggi cosmici, visto che i primi non vengono deviati dai campi magnetici galattici come i secondi.

    A tal proposito nulla?
    Ciao e grazie dell'articolo!

  11. caro Andrea**2,
    per adesso sembra che non ci siano rivelazioni gamma...

  12. Pier Francesco

    Anni fa, un mio collega laureato in Fisica, mi parlava dei rischi corsi dagli astronauti nelle loro passeggiate spaziali (anzi: EVA, per dirla più precisamente): "Vedi, se ti arriva un protone, ancora ancora; ma se ti arrivano cento protoni, so' cavoli grossi!". E io risposi, dubbioso: "E che sarà mai un protone o anche cento protoni??": ora, grazie all'articolo di Enzo, credo di aver capito meglio con l'esempio delle palle da tennis, cosa intendesse il mio collega... :mrgreen:

    Pensavo però che i raggi cosmici fossero qualcosa di "diffuso", insomma tipo il fondo di microonde, qualcosa che ti arriva da tutte le parti: se ho afferrato, invece, sono fenomeni bel localizzati e direzionali, giusto?

  13. dici bene Pier... anche se vi sono vari tipi di raggi cosmici, come quelli solari che sono più diffusi, ma meno potenti.

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