Cassiopea A è un famoso resto di supernova, il prodotto di una gigantesca esplosione di una stella massiccia circa 350 anni fa. Sebbene scoperto in osservazioni radio 50 anni fa, ora sappiamo che la sua radiazione emessa si estende dalla radio ai raggi gamma ad alta energia. È anche uno dei pochi resti di cui si conoscono la data di nascita e il tipo di supernova. Era un tipo IIb, il risultato di un'esplosione di supernova con collasso del nucleo. La precisa conoscenza della sua natura fa di Cassiopea A uno degli oggetti più interessanti e indagati del cielo, e in particolare, lo studio della sua connessione con i raggi cosmici, particelle subatomiche che riempiono la galassia di energie superiori a qualsiasi cosa ottenibile nei laboratori sulla Terra.

La parte ad altissima energia dello spettro di Cassiopea A risulta dai raggi cosmici (elettroni o protoni) all'interno del resto. Fino ad ora, questa gamma di energia non poteva essere misurata con sufficiente precisione per individuarne l'origine. Erano necessarie osservazioni sensibili al di sopra di 1 Tera-elettronvolt (TeV), ma raggiungerli era scoraggiante. Un team internazionale guidato da scienziati dell'Istituto per le scienze spaziali e collaboratori ha finalmente ottenuto tali osservazioni con il telescopio Major Atmospheric Gamma-ray Imaging Cherenkov (MAGIC). I ricercatori hanno registrato più di 160 ore di dati tra dicembre 2014 e ottobre 2016, rivelando che Cassiopea A è un acceleratore di particelle massicce, principalmente nuclei di idrogeno (protoni). Però, anche quando quelle particelle sono 100 volte più energetiche di quelle degli acceleratori artificiali, la loro energia non è abbastanza alta da spiegare i raggi cosmici che riempiono la nostra galassia.

"Cassiopeia A è l'oggetto perfetto per essere un PeVatron, questo è, un acceleratore di particelle fino a energie PeV (1 PeV =1.000 TeV). è giovane, luminosa, con un'onda d'urto che si espande a grande velocità e con campi magnetici molto grandi che possono accelerare i raggi cosmici ad almeno 100 o 200 teraelettronvolt, "dice Emma de Oña Wilhelmi, scienziato del CSIC presso l'Istituto di Scienze Spaziali, "Ma contrariamente a quanto ci aspettavamo, in Cassiopea A, le energie delle particelle non raggiungono più di qualche decina di tera-elettronvolt. A queste energie, la radiazione diminuisce improvvisamente e l'emissione si interrompe bruscamente. O il residuo non può accelerare le particelle a energie più elevate, che sfidano la nostra conoscenza dell'accelerazione degli urti, o forse i più veloci sono sfuggiti rapidamente allo shock, lasciandoci da osservare solo i più lenti, "dice Daniel Gubermann, presso l'Institut de Fisica d'Altes Energies.

"Quelle supernove sono acceleratori naturali di particelle. Pertanto, sono il laboratorio perfetto per studiare particelle cariche e plasma in condizioni che non sono possibili nei nostri laboratori sulla Terra, ", afferma Daniel Galindo dell'Università di Barcellona. "Comprendere l'origine dei raggi cosmici implica svelare l'origine della nostra galassia, " conclude Razmik Mirzoyan, Portavoce MAGIC del Max Planck Institute for Physics (MPP) di Monaco (Germania).

I telescopi MAGIC si trovano presso l'Osservatorio del Roque de los Muchachos, a La Palma (Isole Canarie). MAGIA, un sistema di due telescopi Cherenkov di 17 m di diametro, è attualmente uno dei tre principali strumenti di imaging atmosferico Cherenkov al mondo. È progettato per rilevare fotoni da decine di miliardi a decine di trilioni di volte più energetici della luce visibile. MAGIC utilizza anche una nuova tecnica per ridurre l'effetto del chiaro di luna nella fotocamera, consentendo osservazioni durante le notti di luna moderata.