Immagine artistica del raggio cosmico estremamente energetico “Amaterasu” osservato da un array di rivelatori di superficie dell’esperimento Telescope Array. Crediti: Osaka Metropolitan University/L-INSIGHT, Kyoto University/Ryuunosuke Takeshige
Chi sei? Da dove vieni? Senza rispondere a nessuna di queste domande, una misteriosa particella ad altissima energia è caduta dallo spazio sulla superficie terrestre. Può sembrare fantascienza, ma è realtà. I sensori del Telescope Array hanno, infatti, registrato l’arrivo sulla Terra di un raggio cosmico ad altissima energia, il più potente degli ultimi 30 anni, di provenienza sconosciuta e battezzato “Amaterasu” dagli scienziati.
La ricerca, guidata da Toshihiro Fujii della Osaka Metropolitan University e pubblicata la settimana scorsa su Science, ha come protagonisti i raggi cosmici, particelle subatomiche cariche di energia che viaggiano nello spazio quasi alla velocità della luce e che colpiscono in modo costante il nostro pianeta. I raggi cosmici hanno origini extraterrestri – galattiche (ad esempio, dal Sole) o extragalattiche – e quelli ad altissima energia (Utra-High Energy Cosmic Rays – Uhecr) possono raggiungere valori energetici di miliardi di miliardi di elettronvolt (exa-elettronvolt, o EeV): un’energia circa un milione di volte superiore a quella raggiunta dai più potenti acceleratori mai realizzati dall’uomo.
I raggi cosmici ad altissima energia sono eccezionalmente rari e per rilevarli occorrono strumenti estesi su grandi “aree di raccolta”. A caccia di raggi cosmici dallo spazio sin dal lontano 2008, il gruppo del professor Fujii ha utilizzato il Telescope Array, il rivelatore di raggi cosmici composto da 507 stazioni di superficie a scintillatore, su un’area di 700 chilometri quadrati nel deserto dello Utah, negli Stati Uniti. E il 27 maggio 2021 i ricercatori hanno finalmente rilevato una particella di particolare interesse, con un’energia mozzafiato: 244 EeV. «Quando ho visto per la prima volta questo raggio cosmico ad altissima energia», ricorda Fujii, «ho pensato che ci fosse un errore, poiché mostrava un livello di energia senza precedenti, mai registrato negli ultimi tre decenni».
Nel corso della storia, infatti, raggi cosmici così energetici sono stati intercettati pochissime volte: quello con più energia in assoluto, stimata attorno ai 320 EeV, è stato rilevato nel 1991 e fu chiamato “Oh-My-God” – oh mio Dio! Con un livello di energia paragonabile a quello di “Oh-My-God“, la particella raccolta da Fujii e colleghi è stata chiamata “Amaterasu”, come la divinità del Sole che, secondo le credenze scintoiste, avrebbe contribuito alla creazione del Giappone e sarebbe l’antenata diretta della famiglia imperiale giapponese. E proprio come nella mitologia giapponese, la particella Amaterasu è molto misteriosa. L’eccezionale livello energetico del raggio cosmico, secondo gli autori dello studio, ha fatto sì che la deviazione apportata alla sua traiettoria dai campi magnetici di foreground – come quello terrestre – sia stata minima. In altre parole, la direzione di arrivo della particella è strettamente correlata alla posizione della sorgente.
Amaterasu mentre esce dalla caverna e torna ad illuminare la Terra, come riportata in una stampa giapponese. Crediti: Shunsai Toshimasa 1889/MAK – Museum of Applied Arts, Vienna (Austria)
Tuttavia, gli scienziati non sono riusciti ancora a capire la provenienza e l’esatta natura di Amaterasu: osservando verso la direzione di provenienza non si è vista alcuna galassia che possa essere considerata un’ovvia candidata sorgente, né altri oggetti astronomici noti e ritenuti potenziali fonti di Uhecr. Anzi, la direzione di arrivo sembrerebbe puntare verso il vuoto, all’interno di una regione dell’universo in cui risiedono pochissime galassie: nessun buco nero, nessuna esplosione stellare, niente di che, insomma. «Non è stato identificato alcun oggetto astronomico promettente che corrisponda alla direzione di arrivo del raggio cosmico, il che suggerisce la possibilità di fenomeni astronomici sconosciuti e di nuove origini fisiche al di là del modello standard», osserva Fujii. I dati raccolti finora suggerirebbero agli autori tre possibili soluzioni: una deviazione magnetica molto più ampia di quella prevista dai modelli galattici; l’esistenza di una sorgente non identificata nel vicino spazio extragalattico; o, infine, una comprensione ancora incompleta della fisica delle particelle ad alta energia.
«In futuro, continueremo a lavorare all’esperimento Telescope Array», conclude Fujii. «Nel frattempo, inizieremo un’indagine più dettagliata sulla sorgente di questa particella estremamente energetica, grazie all’aggiornamento dello strumento TAx4, dotato di una sensibilità quadrupla, e ai rilevatori di nuova generazione». Chissà che prima o poi Amaterasu, come narra la leggenda, non esca dalla caverna e illumini la strada per la comprensione delle origini dei raggi cosmici.
Per saperne di più:
- Leggi su Science l’articolo “An extremely energetic cosmic ray observed by a surface detector array” di Fujii T. e della Telescope Array Collaboration