Immaginate particelle misteriose che attraversano lo spazio a velocità prossime a quella della luce, portando con sé energie straordinarie, impossibili da replicare persino negli acceleratori più potenti sulla Terra. Per oltre un secolo, l’origine di questi enigmatici visitatori cosmici, noti come raggi cosmici galattici, è stata uno dei più affascinanti misteri dell’astrofisica. Ora, grazie a nuove osservazioni, il velo che nasconde questo segreto si sta finalmente sollevando.
Queste particelle, che raggiungono energie superiori a un milione di miliardi di elettronvolt (1 PeV), devono essere accelerate da sistemi astronomici estremamente potenti, chiamati PeVatrons. Ma localizzarli non è semplice: i raggi cosmici carichi vengono deviati dai campi magnetici galattici, perdendo ogni traccia del loro viaggio iniziale. Per aggirare questo problema, gli scienziati utilizzano particelle neutre, come i raggi gamma ad altissima energia e i neutrini, che possono viaggiare indisturbati e rivelare la posizione delle sorgenti originali.
Una nuova finestra sull’Universo: LHAASO
Il Large High Altitude Air Shower Observatory (LHAASO) ha recentemente individuato numerose sorgenti di raggi gamma ultra-alta energia nella nostra galassia. Tra queste, il misterioso oggetto chiamato 1LHAASO J0343+5254u ha attirato l’attenzione degli astronomi a causa della sua potentissima emissione gamma.
Un team guidato dall’assistente professore Shuo Zhang della Michigan State University ha esplorato questa sorgente con osservazioni a raggi X grazie al telescopio spaziale XMM-Newton dell’ESA, scoprendo qualcosa di straordinario: una Nebulosa a Vento Pulsar (PWN), una nube estesa di particelle relativistiche create da un pulsar, una stella di neutroni in rapida rotazione.
Una sorgente straordinaria
La nebulosa, denominata XMMU 034124.2+525720, mostra caratteristiche inconfondibili di una PWN:
- Una struttura estesa e asimmetrica che si espande nello spazio circostante.
- Un’emissione di raggi X che segue una precisa distribuzione di energia.
- Uno spettro che cambia dolcemente mentre ci si allontana dal centro, indicando che le particelle perdono energia irradiando luce durante il loro viaggio.
Queste caratteristiche suggeriscono che al centro di questa nebulosa si trovi un pulsar, anche se la sorgente puntiforme centrale non è stata ancora rilevata.
Il modello Leptonic e l’ambiente estremo
Gli astronomi hanno costruito un modello teorico per comprendere come la nebulosa emetta raggi gamma così intensi. Questo modello, detto leptonic, prevede che elettroni e positroni accelerati a velocità vicine a quella della luce interagiscano con il campo magnetico (emettendo raggi X per radiazione di sincrotrone) e con campi di fotoni circostanti, generando raggi gamma tramite scattering Compton inverso.
Per spiegare l’intensità straordinaria della radiazione gamma rilevata, è necessario ipotizzare un ambiente ricco di fotoni infrarossi, circa 60 volte più denso di quello che troviamo vicino al nostro sistema solare. Questi ambienti estremi esistono tipicamente nelle regioni di formazione stellare, dense di gas e polveri.
Un puzzle ancora incompleto
Nonostante il successo del modello leptonic, non si può escludere che anche processi hadronic (in cui protoni estremamente energetici interagiscono con particelle ambientali, creando raggi gamma e neutrini) siano coinvolti. Questo scenario è supportato dalla recente scoperta di neutrini dal piano galattico fatta dall’osservatorio IceCube.
Una finestra su nuovi mondi
Le osservazioni di altre sorgenti LHAASO con il telescopio Swift-XRT hanno rivelato quanto sia difficile identificare chiaramente le controparti a energie più basse, sottolineando l’importanza della scoperta fatta per 1LHAASO J0343+5254u.
I prossimi passi includono osservazioni più approfondite con telescopi come NuSTAR e Chandra per individuare eventuali pulsar centrali o dettagli nascosti nella struttura della nebulosa. Inoltre, cercare pulsar radio e integrare i dati dei neutrini permetterà di confermare definitivamente l’identità di questa nebulosa.
Una porta aperta sul futuro
Questa scoperta rappresenta un passo cruciale verso la comprensione di come funzionano i PeVatrons, le fabbriche cosmiche che generano raggi cosmici estremi. Finalmente stiamo iniziando a risolvere uno dei più grandi misteri dell’universo, un passo fondamentale non solo per l’astrofisica, ma per esplorare nuove leggi fisiche e comprendere meglio la nostra galassia.
Mentre gli scienziati continuano a scrutare i cieli con strumenti sempre più avanzati, siamo più vicini che mai a comprendere la vera natura delle particelle più energetiche che attraversano il cosmo, svelando lentamente l’affascinante segreto nascosto nella profondità del nostro universo.
PER APPROFONDIRE: DOI: 10.3847/1538-4357/adb7e0 / DOI: 10.3847/2515-5172/adccb9
Stefano Camilloni
