GRAZIE A PIÙ DI 160 ORE DI OSSERVAZIONI

Raggi cosmici: Cas A non schiaccia l’acceleratore

Gli scienziati hanno sostenuto per decenni che i raggi cosmici sono accelerati, fino alle energie più alte osservate, in quel che rimane dopo l’esplosione di una supernova. Tuttavia i telescopi Magic hanno osservato che quello che finora era considerato uno dei migliori candidati, il residuo della supernova Cassiopeia A, non dispone in realtà dell’energia richiesta

Il resto di supernova Cassiopea A. Crediti: Nasa/Chandra

Cassiopeia A (Cas A) è un famoso resto di supernova, prodotto da una gigantesca esplosione di una stella massiccia avvenuta circa 350 anni fa nella costellazione di Cassiopea. In realtà il residuo di questo evento distruttivo, a causa della sua posizione all’interno della Via Lattea, è stato scoperto solo 50 anni fa grazie alle osservazioni radio e ora sappiamo che la sua radiazione è osservabile in tutto lo spettro elettromagnetico, dal radio ai raggi gamma di alta energia. È anche uno dei pochi resti di supernova per i quali è conosciuta sia la “data di nascita” che il tipo di supernova che l’ha generata, una di tipo IIb, prodotta da una stella molto più massiccia del Sole che ha terminato la sua vita subendo il collasso del suo nucleo culminato in una poderosa esplosione.

La precisa conoscenza della sua natura rende Cassiopeia A uno degli oggetti più interessanti e studiati del cielo, soprattutto per la sua stretta connessione con l’origine dei raggi cosmici, a tutt’oggi ancora non perfettamente nota, specie per quelli di più alta energia. I raggi cosmici sono particelle subatomiche che riempiono la nostra galassia mostrando un ampio spettro di energie anche quelle ben superiori a quelle realizzabili nei laboratori sulla terra. I modelli più accreditati ritengono che l’emissione di fotoni, alle energie più alte dello spettro elettromagnetico di Cassiopeia A, derivi dai raggi cosmici (elettroni o protoni) che vengono accelerati all’interno del resto della supernova. Tuttavia, l’emissione di fotoni ad energie maggiori di 1 Tera-elettronvolt (TeV, pari a mille miliardi di elettronvolt) non si era ancora potuta misurare con precisione sufficiente per individuarne la sua origine.

Grazie alla sensibilità di Magic (Major Atmospheric Gamma-ray Imaging Cherenkov), due dei più grandi telescopi per raggi gamma al mondo situati sull’isola La Palma alle Canarie e ad una lunga campagna osservativa dedicata a questa sorgente celeste i ricercatori sono finalmente riusciti a ottenere le informazioni necessarie per chiarire in modo definitivo fino a quali energie vengono accelerate le particelle in Cassiopeia A. Lo studio è stato guidato dagli scienziati dell’Istituto per le scienze spaziali (Ice – Ieec-Csic, Csic), l’Istituto di fisica d’Altes Energie (Ifae) e l’Istituto di scienze cosmiche dell’Università di Barcellona (Iccub), in Spagna, ed è basato su più di 160 ore di dati che sono stati ottenuti tra il dicembre 2014 e l’ottobre 2016 dai telescopi Magic, a cui per l’Italia collaborano l’Istituto nazionale di fisica nucleare (Infn) e l’Istituto nazionale di astrofisica (Inaf). Dati che rivelano come Cassiopeia A sia effettivamente un acceleratore di particelle massicce, in gran parte nuclei di idrogeno (protoni). Tuttavia, anche quando queste particelle sono 100 volte più energetiche di quelle che possiamo raggiungere negli acceleratori di particelle come quella del Cern, la loro energia non è sufficiente a spiegare tutto il mare di raggi cosmici che riempie la nostra galassia.

Uno dei telescopi di tipo Cherenkov della collaborazione Magic alle Canarie. Crediti: INAF

«Cassiopeia A è l’oggetto perfetto per essere un PeVatrone, cioè un acceleratore di particelle fino alle energie PeV (1 PeV = 1.000 TeV): è giovane, luminoso, con un fronte di shock che si espande ad una grande velocità e dotato di intensi campi magnetici per cui può accelerare i raggi cosmici fino ad almeno 100 o 200 teraelettronvolt» spiega Emma de Oña Wilhelmi, astrofisica dello Csic all’Istituto per le scienze spaziali di Barcellona. «Tuttavia, contrariamente a quanto ci aspettavamo, in Cassiopeia A le energie delle particelle non raggiungono che poche decine di tera-elettronvolt. Questo vuol dire che al crescere dell’energia, l’emissione elettromagnetica improvvisamente scende fino ad arrestarsi bruscamente. Cassiopeia A quindi non può accelerare le particelle ad energie superiori a meno che non ci siano meccanismi che sfidano le nostre conoscenze dell’accelerazione negli shock» aggiunge Daniel Guberman, ricercatore presso l’Institut de Fisica d’Altes Energies di Barcellona. «I resti di supernova sono acceleratori naturali di particelle, quindi il perfetto laboratorio per studiare particelle in condizioni che non sono possibili nei nostri laboratori della Terra», osserva Daniel Galindo, che lavora all’Istituto di scienze cosmiche dell’Università di Barcellona (Iccub).

«Come questo studio su Cas A chiaramente dimostra, Magic, grazie alla sua larga banda e all’ottima sensibilità alle alte ed altissime energie, rappresenta in questo momento lo strumento migliore per studiare e comprendere molti di quei meccanismi del Cosmo che sono ancora misteriosi. I ricercatori dell’Inaf e dell’Infn contribuiscono in maniera sostanziale in questo campo sia attraverso la partecipazione a Magic che al Cherenkov Telescope Array (Cta) e al progetto Astri, ma anche con la partecipazione ai grandi osservatori spaziali quali Agile e Fermi”  conclude Angelo Antonelli, responsabile Inaf presso la collaborazione Magic e da poco responsabile dello Space Science Data Center dell’Asi.

Per saperne di più:

Guarda su MediaInaf Tv il video di presentazione di Magic: