La figura a sinistra mostra l'esperimento Tibet ASgamma osservato i raggi gamma a più alta energia oltre 100 Teraelectron volt (TeV) dalla Nebulosa del Granchio con basso rumore di fondo, la crocetta indica la posizione della pulsar del granchio. E la figura a destra mostra la Nebulosa del Granchio ripresa dal telescopio Hubble Credit:NASA
L'esperimento Tibet ASgamma, un progetto di ricerca congiunto Cina-Giappone, ha scoperto i raggi gamma cosmici a più alta energia mai osservati da una fonte astrofisica, in questo caso, la Nebulosa del Granchio. L'esperimento ha rilevato raggi gamma che vanno da> 100 Teraelectron volt (TeV) (Fig.1) a una stima di 450 TeV. In precedenza, la più alta energia dei raggi gamma mai osservata è stata di 75 TeV dal telescopio HEGRA Cherenkov.
I ricercatori ritengono che i raggi gamma più energetici osservati dall'esperimento Tibet ASgamma siano stati prodotti dall'interazione tra elettroni ad alta energia e radiazione cosmica di fondo a microonde, radiazioni residue del Big Bang.
La Nebulosa del Granchio è un famoso resto di supernova nella costellazione del Toro. Fu osservata per la prima volta come un'esplosione di supernova molto luminosa nel 1054 d.C. (vedi Fig.1). È stato notato nelle storie ufficiali della dinastia Song nell'antica Cina e in Meigetsuki, scritto dal poeta giapponese del XII secolo Fujiwara no Teika. In epoca moderna, la Nebulosa del Granchio è stata osservata utilizzando vari tipi di onde elettromagnetiche tra cui onde radio e ottiche, Raggi X e raggi gamma.
L'esperimento Tibet ASgamma opera dal 1990 in Tibet, Cina, ad un'altitudine di 4300 metri sul livello del mare. La collaborazione Cina-Giappone ha aggiunto nel 2014 nuovi rivelatori di muoni di tipo Cherenkov ad acqua sotto i rivelatori di raggi cosmici esistenti (vedi Fig.2). Questi rivelatori di muoni sotterranei sopprimono il 99,92 percento del rumore di fondo dei raggi cosmici (vedi Fig.3). Di conseguenza, 24 candidati a raggi gamma superiori a 100 TeV sono stati rilevati dalla Nebulosa del Granchio con un basso rumore di fondo. L'energia più alta è stimata a 450 TeV (vedi Fig.2).
La figura a sinistra mostra l'esperimento Tibet ASgamma (array Tibet-III+ array Muon Detector); La figura a destra mostra una visualizzazione degli eventi della pioggia d'aria simile a un fotone di 449 TeV osservata. Credito:IHEP
I ricercatori ipotizzano i seguenti passaggi per generare raggi gamma ad altissima energia:(1) Nella nebulosa, gli elettroni sono accelerati fino a PeV, cioè., peta (mille trilioni) di elettronvolt entro poche centinaia di anni dalla supernova; (2) Gli elettroni PeV interagiscono con la radiazione cosmica di fondo a microonde (CMBR) che riempie l'intero universo; (3) Un fotone CMBR viene portato a 450 TeV dagli elettroni PeV. I ricercatori concludono così che la Nebulosa del Granchio è ora il più potente acceleratore di elettroni naturale scoperto finora nella nostra galassia.
Questo lavoro pionieristico apre una nuova finestra ad alta energia per esplorare l'universo estremo. La rivelazione di raggi gamma superiori a 100 TeV è una chiave per comprendere l'origine dei raggi cosmici ad altissima energia, che è stato un mistero sin dalla scoperta dei raggi cosmici nel 1912. Con ulteriori osservazioni utilizzando questa nuova finestra, ci aspettiamo di identificare l'origine dei raggi cosmici nella nostra galassia, vale a dire, pevatroni, che accelerano i raggi cosmici fino a energie PeV.
La collaborazione Cina-Giappone ha collocato nuovi rivelatori di muoni di tipo Cherenkov ad acqua sotto l'esistente schiera di getti d'aria di raggi cosmici nel 2014. Questi rivelatori di muoni sotterranei possono sopprimere il 99,92% del rumore di fondo dei raggi cosmici. Credito:IHEP
"Questo è un primo grande passo avanti, " ha detto il prof. HUANG Jing, co-portavoce per l'esperimento Tibet ASgamma. "Dimostra che le nostre tecniche hanno funzionato bene, ei raggi gamma con energie fino a poche centinaia di TeV esistono davvero. Il nostro obiettivo è identificare molti pevatron, che non sono ancora stati scoperti e dovrebbero produrre i raggi cosmici di più alta energia nella nostra galassia."
