Tra molte particelle che arrivano dallo spazio esterno, ci sono quelli con l'energia estremamente elevata che viaggiano quasi alla velocità della luce, che equivale a una palla da baseball lanciata a una velocità di 100 metri al secondo. È stata proposta una nuova ipotesi sull'origine di queste particelle ad altissima energia, richiamando così una particolare attenzione da tutto il mondo.

Un team di ricercatori coreani, guidato dal Professor Dongsu Ryu nella Scuola di Scienze Naturali dell'UNIST, ha gettato nuova luce sulla misteriosa origine di tali raggi cosmici ad altissima energia (UHECR) che ha sconcertato gli astrofisici per decenni. Il loro studio suggerisce che quelle particelle provengano dai filamenti delle galassie collegate all'ammasso della Vergine, nel cielo intorno all'hotspot e le loro posizioni nel cielo sono correlate a eventi di hotspot con un'elevata significatività statistica.

I raggi cosmici sono particelle subatomiche che arrivano dallo spazio esterno, che hanno un'elevata energia a causa del loro rapido movimento. Tra loro, i raggi cosmici ad altissima energia (UHECR) sono quelli con energie superiori a 10 ¹⁹ eV (circa 8 joule), una soglia nota come limite di Greisen–Zatsepin–Kuzmin (limite GZK). Così, un UHECR è dieci milioni di volte più energetico della più alta energia prodotta con acceleratori di particelle terrestri, che è di circa 10 ¹³ eV.

Sebbene sia noto che gli UHECR provengono principalmente dall'esterno della galassia della Via Lattea, la loro origine rimane ancora sconosciuta. Per risolvere il mistero degli UHECR, è stato istituito un progetto di collaborazione internazionale:il progetto Telescope Array (TA), che è stato progettato per raccogliere dati sugli hotspot UHECR.

In questo studio, Il professor Ryu e il suo gruppo di ricerca si sono concentrati sui recenti risultati dell'AT:il rilevamento di un'alta concentrazione di eventi UHECR nel cielo settentrionale, denominato hotspot.

L'esperimento dell'AT, situato nello Utah, Stati Uniti, è il più grande esperimento che studia gli UHECR nell'emisfero settentrionale e ha rilevato circa 72 UHECR (5,7×10 ²⁰ eV) nel corso di 5 anni (dall'11 maggio 2018 al 4 maggio, 2013). Tra loro, 19 UHECR sono arrivati ​​da un hotspot appena scoperto incentrato sulla costellazione dell'Orsa Maggiore. Ancora, vicino alla costellazione dell'Orsa Maggiore, sembra che non ci siano corpi celesti in grado di produrre UHECR. Gli astrofisici hanno quindi discusso varie possibilità alla ricerca dell'origine degli UHECR.

Per cercare di risolvere questo mistero, Il professor Ryu e il suo gruppo di ricerca hanno analizzato un database di galassie vicine, scoprendo che erano strettamente associati a tre "filamenti di galassie, " che sono collegati al Virgo Cluster attorno all'hotspot. "Attraverso simulazioni al computer, abbiamo dimostrato che gli UHECR venivano effettivamente prodotti all'interno dell'ammasso della Vergine e viaggiavano lungo i filamenti della galassia prima che colpissero l'atmosfera terrestre, " ha spiegato il professor Ryu, il corrispondente autore dello studio.

La struttura del nostro universo assomiglia a una gigantesca ragnatela, costituito da ammassi di galassie intricatamente collegati da vaste strutture, noti come filamenti. Questi filamenti sono alcune delle strutture più grandi dell'universo, misurando centinaia di milioni di anni luce mentre conteneva milioni di galassie. Sulla base delle loro scoperte, il team di ricerca ha suggerito un modello per l'origine degli UHECR hotspot AT. Hanno notato che "[UHECR intorno alla concentrazione] sono prodotti da fonti nell'ammasso della Vergine, e scappano e si propagano lungo i filamenti, prima che si disperdano verso di noi".

"La fonte o le fonti degli UHECR potrebbero essere oggetti astronomici noti, come la radiogalassia Vergine A o le onde d'urto nell'ammasso della Vergine, piuttosto che sconosciuti, come difetti cosmologici o particelle di materia oscura, " afferma il professor Ryu. "Il nostro studio suggerisce fortemente che tali filamenti di galassie o onde d'urto potrebbero essere l'origine degli eventi UHECR".

"Comprendere l'origine degli UHECR è stato il più grande mistero senza risposta del ventunesimo secolo, " afferma il professor Ryu. "Il nostro studio getta nuova luce sull'origine misteriosa degli UHECR attraverso le osservazioni spaziali degli UHECR".

Aggiunge, "Il modello appena suggerito per l'origine degli eventi hotspot TA potrebbe potenzialmente aiutare gli scienziati a capire l'origine degli UHECR in futuro".