Analisi dei dati da un mappatore di fulmini e un piccolo, il rilevatore di radiazioni portatile ha inaspettatamente fatto luce su come potrebbe apparire un lampo di raggi gamma proveniente da un fulmine, osservando i neutroni generati dal suolo da sciami di raggi cosmici molto grandi. Il lavoro si è svolto presso l'Osservatorio Cosmic Ray Observatory (HAWC) di High Altitude Water Cherenkov in Messico.

"Questa è stata una scoperta accidentale, " ha detto Greg Bowers, uno scienziato del Los Alamos National Laboratory e autore principale dello studio pubblicato su Lettere di ricerca geofisica . "Abbiamo impostato questo sistema per studiare i lampi di raggi gamma terrestri - o lampi di raggi gamma dai fulmini - che sono in genere così luminosi che puoi vederli dallo spazio. L'idea era che HAWC fosse sensibile ai lampi di raggi gamma, quindi abbiamo installato un mappatore di fulmini per catturare l'anatomia dello sviluppo dei fulmini e individuare i processi di fulmini che li producono."

Il gruppo, tra cui Xuan-Min Shao e Brenda Dingus anche da Los Alamos, usato un piccolo, rivelatore di particelle tenuto in mano, aspettandosi che un lampo di raggi gamma terrestre genererebbe un chiaro segnale di raggi gamma nel rilevatore di piccole particelle.

"Il nostro sistema ha funzionato per quasi due anni, e abbiamo visto un sacco di fulmini, " disse Bowers. Ma durante quelle tempeste, non hanno osservato nulla che assomigliasse a lampi di raggi gamma terrestri. "Noi facemmo, però, vedere grandi raffiche di velocità di conteggio durante il chiaro, giorni di bel tempo, che ci ha fatto grattare la testa".

I dati HAWC raccolti in questi periodi hanno mostrato che, in ogni caso, la vasta schiera che comprende HAWC è stata travolta da sciami di raggi cosmici estremamente grandi, così grandi che i ricercatori di Los Alamos non sono riusciti a stimarne le dimensioni.

Il collaboratore dell'UC Santa Cruz David Smith ha scoperto che queste esplosioni di bel tempo erano state precedentemente osservate da scienziati in Russia, che li chiamava "esplosioni di neutroni, " e hanno determinato che erano il risultato della produzione di neutroni nel terreno attorno al punto di impatto dei nuclei della doccia di raggi cosmici.

Il lavoro precedente che simulava questi eventi aveva considerato solo gli adroni, un tipo di particella subatomica, nel nucleo degli sciami. Oltre agli adroni e ad altre particelle, i nuclei della doccia di raggi cosmici contengono anche molti raggi gamma.

Per questo lavoro, William Blaine, anche di Los Alamos, simulazioni di grandi piogge di raggi cosmici, e includeva sia adroni che raggi gamma. "Siamo stati in grado di abbinare le nostre osservazioni con le simulazioni, " ha detto Bowers. "Abbiamo scoperto che i raggi gamma producono lo stesso tipo di burst di neutroni degli adroni".

Questo studio suggerisce che qualsiasi fenomeno naturale che produce un raggio di raggi gamma puntato verso il suolo (come i lampi di raggi gamma terrestri verso il basso), potrebbe produrre una firma simile "burst di neutroni". Questo è significativo per i futuri sforzi di modellazione dell'osservazione del flash dei raggi gamma terrestri.

"Ci dice che non puoi semplicemente modellare i raggi gamma che colpiscono il tuo rivelatore, dovrai anche considerare lo scoppio di neutroni che sta accadendo nelle vicinanze, " ha detto Bowers.

L'Osservatorio HAWC comprende una serie di serbatoi pieni d'acqua in alto sui fianchi del vulcano Sierra Negra a Puebla, Messico, dove la sottile atmosfera offre condizioni migliori per l'osservazione dei raggi gamma. Quando i raggi gamma colpiscono le molecole nell'atmosfera producono piogge di particelle energetiche. Quando alcune di queste particelle colpiscono l'acqua all'interno dei serbatoi del rilevatore HAWC, producono lampi di luce chiamati radiazioni Cherenkov. Studiando questi lampi di Cherenkov, i ricercatori ricostruiscono le fonti delle piogge per conoscere le particelle che le hanno provocate.