Gli astronomi hanno cercato a lungo i siti di lancio di alcuni dei protoni a più alta energia della nostra galassia. Ora uno studio che utilizza 12 anni di dati dal telescopio spaziale a raggi gamma Fermi della NASA conferma che un residuo di supernova è proprio un posto del genere.

Fermi ha dimostrato che le onde d'urto delle stelle esplose spingono le particelle a velocità paragonabili a quelle della luce. Chiamate raggi cosmici, queste particelle assumono principalmente la forma di protoni, ma possono includere nuclei atomici ed elettroni. Poiché trasportano tutti una carica elettrica, i loro percorsi si confondono mentre attraversano il campo magnetico della nostra galassia. Dal momento che non possiamo più dire da quale direzione abbiano avuto origine, questo maschera il loro luogo di nascita. Ma quando queste particelle entrano in collisione con il gas interstellare vicino al resto della supernova, producono un bagliore rivelatore nei raggi gamma, la luce a più alta energia che ci sia.

"I teorici pensano che i protoni dei raggi cosmici a più alta energia nella Via Lattea raggiungano un milione di miliardi di elettronvolt, o energie PeV", ha affermato Ke Fang, assistente professore di fisica presso l'Università del Wisconsin, a Madison. "La natura precisa delle loro fonti, che chiamiamo PeVatrons, è stata difficile da definire."

Intrappolate da caotici campi magnetici, le particelle attraversano ripetutamente l'onda d'urto della supernova, guadagnando velocità ed energia ad ogni passaggio. Alla fine, il resto non può più trattenerli e volano nello spazio interstellare.

Potenziati a circa 10 volte l'energia raccolta dall'acceleratore di particelle più potente del mondo, il Large Hadron Collider, i protoni PeV sono sul punto di fuggire del tutto dalla nostra galassia.

Gli astronomi hanno identificato alcuni sospetti PeVatron, incluso uno al centro della nostra galassia. Naturalmente, i resti di supernova sono in cima alla lista dei candidati. Eppure, su circa 300 residui conosciuti, solo pochi sono stati trovati per emettere raggi gamma con energie sufficientemente elevate.

Un particolare relitto di una stella ha attirato molta attenzione da parte degli astronomi di raggi gamma. Chiamata G106.3+2.7, è una nuvola a forma di cometa situata a circa 2.600 anni luce di distanza nella costellazione del Cefeo. Una pulsar luminosa ricopre l'estremità settentrionale del residuo di supernova e gli astronomi pensano che entrambi gli oggetti si siano formati nella stessa esplosione.

Il Large Area Telescope di Fermi, il suo strumento principale, ha rilevato raggi gamma da miliardi di elettronvolt (GeV) dall'interno della coda estesa del residuo. (Per confronto, l'energia della luce visibile misura tra circa 2 e 3 elettronvolt.) Il Very Energetic Radiation Imaging Telescope Array System (VERITAS) presso il Fred Lawrence Whipple Observatory nell'Arizona meridionale ha registrato raggi gamma di energia ancora più elevata dalla stessa regione. E sia l'Osservatorio di raggi gamma Cherenkov sull'acqua ad alta quota in Messico che l'esperimento Tibet AS-Gamma in Cina hanno rilevato fotoni con energie di 100 trilioni di elettronvolt (TeV) dall'area sondata da Fermi e VERITAS.

"Questo oggetto è stato fonte di notevole interesse per un po' di tempo ormai, ma per incoronarlo come PeVatron, dobbiamo dimostrare che sta accelerando i protoni", ha spiegato il coautore Henrike Fleischhack alla Catholic University of America di Washington e al Goddard Space della NASA Centro di volo a Greenbelt, nel Maryland. "Il problema è che gli elettroni accelerati a poche centinaia di TeV possono produrre la stessa emissione. Ora, con l'aiuto di 12 anni di dati di Fermi, pensiamo di aver dimostrato che G106.3+2.7 è davvero un PeVatron".

Un documento che descrive in dettaglio i risultati, guidato da Fang, è stato pubblicato il 10 agosto sulla rivista Physical Review Letters .

La pulsar, J2229+6114, emette i propri raggi gamma in un faro simile a un faro mentre ruota, e questo bagliore domina la regione con energie di pochi GeV. La maggior parte di questa emissione si verifica nella prima metà della rotazione della pulsar. Il team ha effettivamente spento la pulsar analizzando solo i raggi gamma provenienti dall'ultima parte del ciclo. Al di sotto di 10 GeV, non vi è alcuna emissione significativa dalla coda del residuo.

Al di sopra di questa energia, l'interferenza della pulsar è trascurabile e la sorgente aggiuntiva diventa immediatamente evidente. L'analisi dettagliata del team favorisce in modo schiacciante i protoni PeV come particelle che guidano questa emissione di raggi gamma.

"Finora, G106.3+2.7 è unico, ma potrebbe rivelarsi il membro più brillante di una nuova popolazione di resti di supernova che emettono raggi gamma che raggiungono energie TeV", osserva Fang. "Altri potrebbero essere rivelati attraverso future osservazioni di Fermi e osservatori di raggi gamma ad altissima energia."

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