Un enorme complesso di telescopi in Tibet ha catturato la prima prova di raggi gamma ad altissima energia diffusi attraverso la Via Lattea. I risultati offrono la prova che gli acceleratori stellari non rilevati producono raggi cosmici, che hanno fluttuato nella nostra galassia per milioni di anni. La ricerca sarà pubblicata sulla rivista Lettere di revisione fisica di lunedi, 5 aprile

"Abbiamo trovato 23 raggi gamma cosmici ad altissima energia lungo la Via Lattea, " disse Kazumasa Kawata, un coautore dell'Università di Tokyo. "La più alta energia tra loro ammonta a un record mondiale:quasi un petaelettronvolt."

Sono tre ordini di grandezza maggiori di qualsiasi raggio gamma indotto dai raggi cosmici conosciuti, o di qualsiasi particella che gli esseri umani abbiano accelerato nei laboratori all'avanguardia sulla Terra.

Dal 1990, dozzine di ricercatori dalla Cina e dal Giappone hanno dato la caccia agli sfuggenti raggi gamma cosmici ad alta energia. La collaborazione Tibet ASγ ha fatto la sua scoperta utilizzando quasi 70, 000 metri quadrati di array di terra e rilevatori di muoni sotterranei sull'altopiano tibetano, seduto più di 14, 000 piedi sopra il livello del mare.

"Gli scienziati ritengono che i raggi gamma ad alta energia possano essere prodotti dall'interazione nucleare tra i raggi cosmici ad alta energia che fuoriescono dalle sorgenti galattiche più potenti e il gas interstellare nella galassia della Via Lattea, " disse Huang Jing, un coautore dell'Istituto di Fisica delle Alte Energie, Accademia cinese delle scienze.

Chen Ding degli Osservatori Astronomici Nazionali, Accademia cinese delle scienze, un altro coautore, aggiunto, "Il rilevamento di raggi gamma diffusi sopra i 100 teraelettronvolt è una chiave per comprendere l'origine dei raggi cosmici ad altissima energia, che è stato un mistero sin dalla loro scoperta nel 1912."

Gli esperimenti con i palloncini hanno identificato per la prima volta i raggi cosmici, rivelando che erano una fonte chiave di radiazioni sulla Terra. I raggi cosmici sono particelle altamente energetiche, principalmente protoni, che viaggiano nello spazio. Milioni di queste particelle passano attraverso il tuo corpo ogni giorno. (Sono ritenuti innocui.)

Ma da dove provengono i raggi cosmici?

"Viviamo insieme ai muoni dei raggi cosmici, anche se di solito non siamo sensibili a loro, " disse Kawata. "Non è una fantasia pensare a dove e come questi raggi cosmici vengono prodotti e accelerati, viaggiando fino alla Terra?"

Una teoria popolare sostiene che gli acceleratori noti come "PeVatron" emettono raggi cosmici a energie fino a un petaelettronvolt (PeV). I possibili PeVatron includono esplosioni di supernova, regioni di formazione stellare, e il buco nero supermassiccio al centro della nostra galassia.

Finora, nessuno ha rilevato tali acceleratori. Se esistono PeVatron, i loro raggi cosmici dovrebbero lasciare scie di raggi gamma incandescenti sparsi per la galassia. Il nuovo studio riporta le prime prove di questa foschia altamente energetica.

"Questi raggi gamma non rimandano alle più potenti sorgenti di raggi gamma ad alta energia conosciute, ma sparsi lungo la Via Lattea, " disse Masato Takita, un coautore e collega di Kawata. "La nostra scoperta conferma la prova dell'esistenza dei PeVatron".

I ricercatori ora vogliono determinare se i probabili PeVatron sono attivi o morti.

"Dai PeVatron morti, che sono estinti come i dinosauri, possiamo solo vedere l'impronta:i raggi cosmici che hanno prodotto in pochi milioni di anni, sparsi sul disco galattico, " disse Takita.

"Ma se riusciamo a localizzare il reale, PeVatron attivi, possiamo studiare molte altre domande, " ha detto. "Che tipo di stella emette i nostri raggi gamma sub-PeV e relativi raggi cosmici? Come può una stella accelerare i raggi cosmici fino a energie PeV? Come si propagano i raggi all'interno del nostro disco galattico?"

Altre direzioni future includono la ricerca di impronte di PeVatron nell'emisfero meridionale e la conferma dei risultati dei raggi gamma utilizzando rivelatori di neutrini in Antartide e oltre.

La ricerca potrebbe anche aiutare nella ricerca della materia oscura. I rilevatori sotterranei hanno permesso ai ricercatori di eliminare il rumore di fondo dei raggi cosmici, rivelando il tipo di puro, si prevede che i raggi gamma diffusi provengano dalla materia oscura.

"Possiamo ridurre lo sfondo dei raggi cosmici di un fattore di un milione. Poi vediamo un cielo di raggi gamma di elevata purezza, " disse Takita.

Il risultato sperimentale avvicina notevolmente i fisici alla scoperta di dove nascono i raggi cosmici.

"Questo lavoro pionieristico apre una nuova finestra per l'esplorazione dell'universo estremo, " ha detto Huang. "L'evidenza osservativa segna un'importante pietra miliare verso la rivelazione delle origini dei raggi cosmici, che hanno sconcertato l'umanità per più di un secolo."