Il sistema del telescopio rileva il secondo raggio cosmico ad alta energia

Il sistema del telescopio rileva il secondo raggio cosmico ad alta energia
Foto: @BlackJack3D | iStock

Nel 1991, l’esperimento Fly’s Eye presso l’Università dello Utah ha fatto una scoperta rivoluzionaria rilevando i raggi cosmici con la più alta energia mai registrati.

Questa particella, in seguito chiamata particella OMG, sconvolse gli astrofisici a causa della sua energia superiore a qualsiasi cosa potesse essere prodotta nella nostra galassia.

Matrice del telescopio

Il suo livello di energia superava i limiti teorici dei raggi cosmici emanati da galassie distanti e che raggiungevano la Terra. Fondamentalmente, l’esistenza di una tale particella sfida la comprensione convenzionale.

Matrice del telescopio Ha identificato più di 30 raggi cosmici ad alta energia, sebbene nessuno raggiungesse lo straordinario livello energetico della particella OMG. L’origine e i meccanismi che consentono a queste particelle di attraversare grandi distanze per raggiungere la Terra sono ancora sfuggenti, il che costituisce un interessante mistero in astrofisica.

Il 27 maggio 2021, l’esperimento Telescope Array ha rilevato il secondo raggio cosmico con la più alta energia con un’energia massima di 2,4 x 10 ^ 20 eV. Per dirla in prospettiva, l’energia di questa singola particella subatomica equivale a far cadere un mattone sulla punta del piede dall’altezza della vita.

La rete di telescopi, guidata dall’Università dello Utah e dall’Università di Tokyo, è composta da 507 stazioni di rilevamento della superficie disposte in una griglia di 700 chilometri quadrati fuori Delta, nello Utah. L’evento ha portato al lancio di 23 rilevatori nella regione nordoccidentale, coprendo un’area di 48 chilometri quadrati. La direzione del raggio sembra provenire dal vuoto locale, un luogo vicino alla Via Lattea.

Particella di Amaterasu

Pubblicato il 24 novembre 2023, d.C Un team internazionale di ricercatori Nella rivista Science hanno dettagliato la loro osservazione dei raggi cosmici ad alta energia. Ne hanno valutato le proprietà e hanno suggerito che questo raro fenomeno potrebbe coinvolgere la fisica delle particelle sconosciuta alla scienza.

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L’hanno chiamata la particella Amaterasu, ispirata alla dea del sole nella mitologia giapponese. Lo studio conferma la realtà degli eventi ad alta energia, poiché le particelle Oh-My-God e Amaterasu sono state scoperte utilizzando metodi di osservazione distinti.

I raggi cosmici agiscono come residui di intensi eventi cosmici che hanno scomposto la materia nelle sue componenti subatomiche e l’hanno spinta attraverso l’universo quasi alla velocità della luce. Queste particelle cariche, che includono protoni positivi, elettroni negativi o interi nuclei atomici, viaggiano attraverso lo spazio e cadono continuamente sulla Terra.

Raggi cosmici

I raggi cosmici influenzano l’atmosfera superiore della Terra, provocando la disintegrazione dei nuclei di ossigeno e azoto e la formazione di molte particelle secondarie. Queste particelle ripetono il processo fino a formare una pioggia che si diffonde sulla superficie. Il rilevamento di questa enorme impronta richiede strumenti di vasta area come un sistema di telescopi.

Questi rilevatori forniscono dettagli su ciascun raggio cosmico, con la tempistica del segnale che indica il percorso e il numero di particelle cariche che rivelano l’energia della particella elementare.

A causa della loro carica, i raggi cosmici serpeggiano attraverso i campi elettromagnetici, assomigliando alla pallina di un flipper sullo sfondo delle microonde cosmiche. Tracciare il percorso della maggior parte dei raggi cosmici, soprattutto quelli di bassa e media energia, è difficile. Anche i raggi cosmici ad alta energia sono influenzati dal fondo delle microonde.

Con un’energia straordinaria, le particelle Oh-My-God e Amaterasu viaggiano attraverso lo spazio intergalattico con una flessione minima, indicando che sono causate dai più potenti eventi celesti.

Raggi cosmici molto elevati

I raggi cosmici ad altissima energia devono superare 5 x 10 ^ 19 eV, equivalente all’energia cinetica della palla veloce di un grande campionato e decine di milioni di volte più potenti di qualsiasi acceleratore di particelle artificiale. Gli astrofisici hanno definito il limite Grayson-Zatsepin-Kuzmin (GZK) come il limite teorico dell’energia dei protoni su lunghe distanze prima che venga esaurita dalle interazioni con la radiazione di fondo a microonde.

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Le fonti conosciute, come i nuclei galattici attivi o i buchi neri che emettono getti di particelle, si trovano in genere a più di 160 milioni di anni luce di distanza. La nuova particella 2,4 x 10^20 eV e la particella Oh-My-God 3,2 x 10^20 eV superano facilmente questo limite.

I ricercatori studiano la formazione dei raggi cosmici per scoprirne le origini. Le particelle più pesanti, come i nuclei di ferro, sono più massicce, trasportano più carica e hanno maggiori probabilità di piegarsi nei campi magnetici rispetto alle particelle più leggere, come i protoni degli atomi di idrogeno.

Secondo la fisica delle particelle, i raggi cosmici la cui energia supera il limite GZK sono così forti che il fondo delle microonde non può cambiare il loro percorso. Tuttavia, seguendo il suo percorso si arriva allo spazio.

Missione del sistema di telescopi

Il sistema di telescopi, posizionato a circa 1.200 metri (4.000 piedi) nel deserto occidentale dello Utah, è in una posizione unica per rilevare raggi cosmici ad altissima energia. Questa elevazione consente alle molecole secondarie di svilupparsi al massimo prima del decadimento. Il sito offre condizioni meteorologiche ideali, con aria secca necessaria per rilevare i raggi ultravioletti (l’umidità può interferire) e cieli bui necessari per evitare l’inquinamento luminoso, che può bloccare i raggi cosmici.

Gli astrofisici stanno espandendo la gamma dei telescopi per rilevare questi fenomeni, anche se i misteri persistono. L’espansione comprende 500 nuovi rilevatori a scintillatore, che coprono un’area di 2.900 chilometri quadrati (1.100 miglia quadrate), di dimensioni simili allo stato del Rhode Island. Questo ambito più ampio mira a catturare più eventi di raggi cosmici, fornendo preziose informazioni su questi eventi misteriosi.

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