Un'illustrazione del telescopio spaziale a raggi gamma Fermi della NASA in orbita attorno alla Terra. Credito:Goddard Space Flight Center Conceptual Image Lab della NASA
Un'analisi combinata dei dati del telescopio spaziale a raggi gamma Fermi della NASA e del sistema stereoscopico ad alta energia (H.E.S.S.), un osservatorio terrestre in Namibia, suggerisce che il centro della nostra Via Lattea contiene una "trappola" che concentra alcuni dei raggi cosmici più energetici, tra le particelle più veloci della galassia.
"I nostri risultati suggeriscono che la maggior parte dei raggi cosmici che popolano la regione più interna della nostra galassia, e soprattutto quelli più energici, sono prodotti in regioni attive oltre il centro galattico e poi rallentati lì attraverso interazioni con nubi di gas, ", ha affermato l'autore principale Daniele Gaggero dell'Università di Amsterdam. "Queste interazioni producono gran parte dell'emissione di raggi gamma osservata da Fermi e H.E.S.S."
I raggi cosmici sono particelle ad alta energia che si muovono nello spazio quasi alla velocità della luce. Circa il 90% sono protoni, con elettroni e nuclei di vari atomi che compongono il resto. Nel loro viaggio attraverso la galassia, queste particelle caricate elettricamente sono influenzate da campi magnetici, che alterano i loro percorsi e rendono impossibile sapere da dove hanno avuto origine.
Ma gli astronomi possono conoscere questi raggi cosmici quando interagiscono con la materia ed emettono raggi gamma, la forma di luce a più alta energia.
A marzo 2016, scienziati con l'H.E.S.S. La collaborazione ha riportato prove di raggi gamma dell'attività estrema nel centro galattico. Il team ha scoperto un bagliore diffuso di raggi gamma che raggiunge quasi 50 trilioni di elettronvolt (TeV). È circa 50 volte maggiore delle energie dei raggi gamma osservate dal Large Area Telescope (LAT) di Fermi. Per mettere questi numeri in prospettiva, l'energia della luce visibile varia da circa 2 a 3 elettronvolt.
La sonda Fermi rileva i raggi gamma quando entrano nel LAT. Per terra, H.E.S.S. rileva l'emissione quando l'atmosfera assorbe i raggi gamma, che innesca una cascata di particelle risultante in un lampo di luce blu.
I cinque telescopi dell'High Energy Stereoscopic System (H.E.S.S.), situato in Namibia, catturano deboli lampi che si verificano quando i raggi gamma ad altissima energia vengono assorbiti nell'alta atmosfera. Un nuovo studio del centro galattico combina osservazioni ad alta energia da H.E.S.S. con dati a bassa energia dal telescopio spaziale a raggi gamma Fermi della NASA per mostrare che alcune delle particelle più veloci rimangono intrappolate lì. Credito:H.E.S.S., MPIK/Christian Foehr
In una nuova analisi, pubblicato il 17 luglio sulla rivista Lettere di revisione fisica , un team internazionale di scienziati ha combinato dati LAT a bassa energia con dati H.E.S.S. osservazioni. Il risultato è stato uno spettro di raggi gamma continuo che descrive l'emissione del centro galattico in un arco di mille volte di energia.
"Una volta sottratte le sorgenti puntiformi luminose, abbiamo trovato un buon accordo tra LAT e H.E.S.S. dati, che è stato in qualche modo sorprendente a causa delle diverse finestre energetiche e delle tecniche di osservazione utilizzate, ", ha affermato il coautore Marco Taoso dell'Istituto di Fisica Teorica di Madrid e dell'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) di Torino.
Questo accordo indica che la stessa popolazione di raggi cosmici, principalmente protoni, che si trova nel resto della galassia è responsabile dei raggi gamma osservati dal centro galattico. Ma la quota energetica più elevata di queste particelle, quelli che raggiungono 1, 000 TeV, si muovono attraverso la regione in modo meno efficiente di quanto non facciano in qualsiasi altra parte della galassia. Ciò si traduce in un bagliore di raggi gamma che si estende alle più alte energie H.E.S.S. osservato.
"I raggi cosmici più energetici trascorrono più tempo nella parte centrale della galassia di quanto si pensasse in precedenza, quindi fanno un'impressione più forte nei raggi gamma, " ha affermato il coautore Alfredo Urbano presso l'Organizzazione europea per la ricerca nucleare (CERN) di Ginevra e l'INFN di Trieste.
Questo effetto non è incluso nei modelli convenzionali di come i raggi cosmici si muovono attraverso la galassia. Ma i ricercatori mostrano che le simulazioni che incorporano questo cambiamento mostrano un accordo ancora migliore con i dati di Fermi.
"Le stesse collisioni di particelle responsabili della produzione di questi raggi gamma dovrebbero produrre anche neutrini, il più veloce, particelle fondamentali più leggere e meno comprese, " ha detto il co-autore Antonio Marinelli dell'INFN Pisa. I neutrini arrivano direttamente a noi dalle loro fonti perché interagiscono a malapena con altra materia e perché non trasportano carica elettrica, quindi i campi magnetici non li influenzano.
"Esperimenti come IceCube in Antartide stanno rilevando neutrini ad alta energia da oltre il nostro sistema solare, ma individuare le loro fonti è molto più difficile, " disse Regina Caputo, un membro del team Fermi al Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Maryland, che non è stato coinvolto nello studio. "I risultati di Fermi e H.E.S.S. suggeriscono che il centro galattico potrebbe essere rilevato come una forte sorgente di neutrini nel prossimo futuro, ed è molto eccitante".
