L'origine dei raggi cosmici, particelle ad alta energia provenienti dallo spazio che impattano costantemente sulla Terra, è tra le domande aperte più impegnative in astrofisica. Ora nuova ricerca pubblicata sulla rivista Avvisi mensili della Royal Astronomical Society getta nuova luce sull'origine di quelle particelle energetiche.

Scoperto più di 100 anni fa e considerato un potenziale rischio per la salute degli equipaggi degli aerei e degli astronauti, si ritiene che i raggi cosmici siano prodotti da onde d'urto, ad esempio quelli derivanti da esplosioni di supernova. I raggi cosmici più energetici che attraversano l'universo trasportano da 10 a 100 milioni di volte l'energia generata da acceleratori di particelle come il Large Hadron Collider del CERN.

La Nebulosa Granchio, il residuo di un'esplosione di supernova che è stata osservata quasi 1, 000 anni fa nel 1054 d.C., è uno degli oggetti più studiati nella storia dell'astronomia e una fonte conosciuta di raggi cosmici. Emette radiazioni attraverso l'intero spettro elettromagnetico, dai raggi gamma, luce ultravioletta e visibile, agli infrarossi e alle onde radio. La maggior parte di ciò che vediamo proviene da particelle molto energetiche (elettroni), e gli astrofisici possono costruire modelli dettagliati per cercare di riprodurre la radiazione emessa da queste particelle.

Il nuovo studio, di Federico Fraschetti dell'Università dell'Arizona, STATI UNITI D'AMERICA, e Martin Pohl all'Università di Potsdam, Germania, rivela che la radiazione elettromagnetica in streaming dalla Nebulosa del Granchio può avere origine in un modo diverso da quello che gli scienziati hanno tradizionalmente pensato:l'intero zoo di radiazioni può potenzialmente essere unificato e derivare da una singola popolazione di elettroni, un'ipotesi precedentemente ritenuta impossibile.

Secondo il modello generalmente accettato, una volta che le particelle raggiungono un limite d'urto, rimbalzano avanti e indietro molte volte a causa della turbolenza magnetica. Durante questo processo acquisiscono energia, in modo simile a una pallina da tennis che viene fatta rimbalzare tra due racchette che si avvicinano costantemente l'una all'altra, e vengono spinte sempre più vicino alla velocità della luce. Tale modello segue un'idea introdotta dal fisico italiano Enrico Fermi nel 1949.

"I modelli attuali non includono ciò che accade quando le particelle raggiungono la loro massima energia, " disse Federico, uno scienziato del personale presso i dipartimenti di scienze planetarie dell'Università dell'Arizona, Astronomia e fisica. "Solo se includiamo un diverso processo di accelerazione, in cui il numero di particelle di energia più alta diminuisce più velocemente che a energia inferiore, possiamo spiegare l'intero spettro elettromagnetico che vediamo. Questo ci dice che mentre l'onda d'urto è la fonte dell'accelerazione delle particelle, i meccanismi devono essere diversi".

Il coautore Martin Pohl ha aggiunto:"Il nuovo risultato rappresenta un importante progresso per la nostra comprensione dell'accelerazione delle particelle negli oggetti cosmici, e aiuta a decifrare l'origine delle particelle energetiche che si trovano quasi ovunque nell'universo."

Gli autori concludono che è necessaria una migliore comprensione di come le particelle vengono accelerate nelle sorgenti cosmiche, e come funziona l'accelerazione quando l'energia delle particelle diventa molto grande. Diverse missioni della NASA, compreso ACE, STEREO e VENTO, sono dedicati allo studio delle proprietà simili degli shock causati da esplosioni di plasma sulla superficie del sole mentre viaggiano verso la Terra, e quindi potrebbe aggiungere intuizioni vitali su questi effetti nel prossimo futuro.