RAGGI COSMICI DA SORGENTI GALATTICHE

Orologi cosmici e radioattivi

Uno studio condotto su dati della missione spaziale Advanced Composition Explorer della NASA ha portato alla scoperta di raggi cosmici composti da un isotopo radioattivo del Ferro, il Ferro-60. Il tempo di vita limitato di questo elemento implica una sorgente galattica nei nostri dintorni. I risultati sono apparsi sulla rivista Science

Un ammasso di stelle massicce osservate con il telescopio spaziale Hubble. L’ammasso è circondato da nubi di gas e polvere interstellare che formano una nebulosa. La nebulosa si trova 20.000 anni luce di distanza da noi in direzione della costellazione Carena, e contiene l’ammasso di stelle chiamato NGC 3603. Uno studio recente dimostra che i raggi cosmici galattici che rileviamo nel nostro sistema solare provengono da regioni come questa. Crediti: NASA/U. Virginia/INAF, Bologna, Italy/USRA/Ames/STScI/AURA

Un ammasso di stelle massicce osservate con il telescopio spaziale Hubble. L’ammasso è circondato da nubi di gas e polvere interstellare che formano una nebulosa. La nebulosa si trova 20.000 anni luce di distanza da noi in direzione della costellazione Carena, e contiene l’ammasso di stelle chiamato NGC 3603. Uno studio recente dimostra che i raggi cosmici galattici che rileviamo nel nostro Sistema solare provengono da regioni come questa. Crediti: NASA/U. Virginia/INAF/USRA/Ames/STScI/AURA

La maggior parte dei raggi cosmici che rileviamo da Terra sono stati prodotti in epoche relativamente recenti all’interno di ammassi di stelle vicini a noi. Questo è ciò che affermano i risultati ottenuti di recente dalla missione spaziale Advanced Composition Explorer (ACE) della NASA. Grazie ai dati raccolti da ACE, il team di ricercatori è stato in grado di risalire alla sorgente di un tipo molto particolare di raggi cosmici, che si comportano come minuscoli orologi.

«Prima delle osservazioni di ACE non sapevamo se questa radiazione fosse stata generata molto tempo fa, e quindi provenisse da regioni lontane, o se fosse recente e vicina», dice Eric Christian del Goddard Space Flight Center della NASA, co-autore dello studio pubblicato sull’ultimo numero della rivista Science.

I raggi cosmici sono composti da nuclei atomici che viaggiano a grandi velocità, con una vasta gamma di energie. I più veloci arrivano a sfiorare la velocità della luce. L’atmosfera e il campo magnetico terrestre ci proteggono dai raggi cosmici meno energetici, che sono anche i più comuni. Per gli astronauti, invece, rappresentano una minaccia concreta, perché senza la protezione del campo magnetico i loro corpi subiscono un continuo bombardamento. Per un corpo umano i raggi cosmici sono dei veri e propri proiettili microscopici, che possono danneggiare la struttura interna del corpo disgregando le molecole che la compongono. Gli sforzi dei ricercatori si stanno concentrando sui modi per ridurre o limitare al minimo gli effetti delle radiazioni cosmiche, affinché possano affrontare viaggi di lunga durata nel sistema solare in sicurezza.

Le sorgenti di raggi cosmici sono composte da una grande varietà di luoghi nel csmo teatro di violenti fenomeni. Quelli prodotti all’interno del Sistema solare hanno energie relativamente basse e provengono da eventi esplosivi sul Sole, come brillamenti ed espulsioni di massa coronale. I raggi cosmici ad altissima energia sono più rari, e si pensa possano essere generati da buchi neri massicci al centro di galassie lontane. Il team di ricercatori si è concentrato su una terza tipologia di raggi cosmici, quelli che provengono da regioni esterne al nostro Sistema solare, ma all’interno della Via Lattea, i cosiddetti raggi cosmici galattici. Questo tipo di particelle sembrano essere prodotte da onde d’urto all’interno di resti di supernova.

Questa immagine è un mosaico, uno dei più grandi mai realizzati dal telescopio spaziale Hubble, che ritrae la Nebulosa del Granchio, uno dei più famosi resti di supernova. Lo studio pubblicato nell’ultimo numero della rivista Science dimostra che i raggi cosmici galattici provengono da regioni come questa. Credits: NASA/ESA/Arizona State University

Questa immagine è un mosaico, uno dei più grandi mai realizzati dal telescopio spaziale Hubble, che ritrae la Nebulosa del Granchio, uno dei più famosi resti di supernova. Lo studio pubblicato nell’ultimo numero della rivista Science dimostra che i raggi cosmici galattici provengono da regioni come questa. Credits: NASA/ESA/Arizona State University

I raggi cosmici galattici rilevati da ACE, grazie ai quali il team ha potuto ottenere una stima di età e di distanza della sorgente, contengono un isotopo del ferro chiamato ferro-60 (60Fe). Il 60Fe si forma all’interno di stelle massicce quando queste esplodono e rilasciano materiale nello spazio diventando supernove. Se una stella nelle vicinanze del resto di supernova esplode a sua volta, è possibile che un po’ di 60Fe venga accelerato diventando un raggio cosmico.

I raggi cosmici galattici attraversano lo spazio viaggiando a una velocità pari a circa 150 mila km/s, circa la metà della velocità della luce. Può sembrare una velocità molto grande, ma i raggi cosmici composti da 60Fe non possono coprire grandi distanze, per due motivi principali. Innanzitutto non possono viaggiare in linea retta, perché sono elettricamente carichi e la loro traiettoria è influenzata dalla presenza di campi magnetici. Questo li costringe a seguire traiettorie contorte lungo le linee di campo magnetico della Galassia. In secondo luogo il 60Fe è radioattivo, e in un arco di tempo pari a circa 2.6 milioni di anni la metà delle particelle decade in altri elementi (cobalto-60 e nichel-60). Pertanto, i raggi cosmici composti da 60Fe che vengano creati in altre galassie, a centinaia di migliaia di anni luce da noi, non sono in grado di raggiungerci.

«La rivelazione di nuclei di ferro radioattivo nei raggi cosmici è una prova schiacciante a favore del fatto che, negli ultimi milioni di anni, nei dintorni della nostra galassia, è scoppiata più di una supernova», spiega Robert Binns della Washington University, primo autore dell’articolo.

«Nel corso di 17 anni di osservazioni, ACE ha rilevato circa 300 mila raggi cosmici galattici di ferro normale, e solo 15 di 60Fe», dice Christian. «Il fatto che anche solo un nucleo di 60Fe arrivi fino a noi significa che è stato prodotto abbastanza recentemente, ovvero entro gli ultimi milioni di anni, e che la sorgente si trova relativamente vicina, a meno di 3.000 anni luce da noi». Ci sono circa una ventina di ammassi di stelle entro qualche migliaio di anni luce da noi, e sono con tutta probabilità i principali produttori del 60Fe rilevato da ACE.

ACE è stato lanciato il 25 agosto del 1997 e si trova ora a circa 1 milione e mezzo di km dalla Terra. Dal suo punto di osservazione privilegiato è in grado di raccogliere le radiazioni provenienti dalle tempeste solari, dalla Via Lattea e oltre. La durata nominale della missione era inizialmente fissata a 5 anni, ma la sonda è ancora operativa, e le stime indicano che sarà in grado di mantenersi in attività fino al 2024.

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