Un gruppo di ricerca internazionale ha sviluppato un programma per computer in grado di simulare il trasporto di raggi cosmici attraverso lo spazio. I ricercatori sperano che li aiuterà a risolvere il mistero delle sorgenti dei raggi cosmici.

Finora, non sappiamo quali oggetti celesti emettano la radiazione ad alta energia che colpisce la Terra dallo spazio. I modelli teorici sono necessari per spiegare i dati sperimentali; la nuova simulazione al computer può fornire questi. Un team di ricercatori della Ruhr-Universität Bochum (RUB) descrive il software nel Journal of Cosmology and Astroparticle Physics .

Come un cielo illuminato in modo uniforme durante il giorno

Dalla loro scoperta 100 anni fa, i ricercatori hanno tentato di decifrare da dove provengono i raggi cosmici. Il problema è che, visti dalla Terra, ad occhio nudo sembrano il cielo durante il giorno, cioè illuminati in modo altrettanto brillante quasi ovunque guardiamo.

Questo perché la luce del sole è diffusa nell'atmosfera terrestre e si diffonde uniformemente in tutto il cielo. I raggi cosmici sono anche dispersi nel loro cammino verso la Terra, attraverso le interazioni con i campi magnetici cosmici. Tutto ciò che possiamo vedere dalla Terra è un'immagine illuminata in modo uniforme; l'origine della radiazione rimane nascosta.

Traiettorie delle particelle simulate dalla produzione al rilevamento

"Il nostro programma CRPropa ci consente di tracciare le traiettorie delle particelle dalla loro formazione al loro arrivo sulla Terra, e questo per tutte le energie che possiamo osservare dalla Terra", afferma Julien Dörner, Ph.D. studente presso RUB. "Possiamo anche rendere pienamente conto dell'interazione delle particelle con i campi di materia e fotoni nell'universo."

Il programma può simulare non solo la propagazione dei raggi cosmici, ma anche le firme dei neutrini e dei raggi gamma prodotti nelle interazioni dei raggi cosmici. "A differenza dei raggi cosmici, queste particelle messaggere possono essere osservate direttamente dalle loro sorgenti, mentre giungono sulla Terra lungo un percorso rettilineo", spiega il dottor Patrick Reichherzer, ricercatore post-dottorato al RUB. "Possiamo anche utilizzare il software per prevedere tali firme da neutrini e raggi gamma da galassie lontane come esplosioni stellari o galassie attive."

Il programma di simulazione presentato è attualmente il software più completo e apre nuove finestre sull'universo. "Possiamo esplorare nuove gamme di energia nella simulazione che non potrebbero essere catturate in modo così dettagliato con i programmi disponibili fino ad oggi", afferma il professor Karl-Heinz Kampert dell'Università di Wuppertal. "Soprattutto, possiamo sviluppare un modello teorico che descriva la transizione dai raggi cosmici dalla nostra galassia a una frazione proveniente da galassie lontane e confrontarlo con le osservazioni."

Calcoli teorici essenziali per interpretare i dati sperimentali

Il programma di simulazione è stato sviluppato a seguito di una collaborazione internazionale di 17 ricercatori provenienti da Germania, Spagna, Paesi Bassi, Italia, Croazia, Inghilterra e Austria. Con otto ricercatori, il RUB è un partner principale del progetto. Il progetto è stato condotto nell'ambito del Collaborative Research Center (CRC) 1491 The Interplay of Cosmic Matter, finanziato dalla German Research Foundation.

La portavoce del CRC, la professoressa Julia Tjus del RUB, afferma che "la pubblicazione è un passo importante verso una descrizione quantitativa del trasporto e dell'interazione dei raggi cosmici in tre dimensioni. CRPropa contribuirà in modo significativo a capire da dove provengono i raggi cosmici. Dopotutto, abbiamo bisogno di calcoli teorici per aiutarci a interpretare la varietà di dati che riceviamo dai vari strumenti che monitorano il cosmo". + Esplora ulteriormente

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