Un residuo di supernova chiamato G106.3+2.7 è responsabile dell’accelerazione di alcuni dei protoni a più alta energia della nostra galassia. Le prove di una osservazione ottenuta con 12 anni di dati del telescopio spaziale a raggi gamma Fermi della Nasa, hanno confermato il sospetto degli astronomi.
Le onde d’urto delle stelle esplose spingono le particelle a velocità paragonabili a quelle della luce. Si tratta di raggi cosmici, particelle che assumono principalmente la forma di protoni, ma possono includere nuclei atomici ed elettroni e sono i generatori di parte della materia che si muove più velocemente nell’universo.
L’insidia, negli studi a caccia di alte energie, può essere dietro l’angolo. Infatti tutte le particelle trasportano una carica elettrica e i loro percorsi si confondono mentre attraversano il campo magnetico della nostra galassia. Tra i “depistaggi” anche quello di non poter individuare la direzione di provenienza fino a quando queste particelle non entrano in collisione con il gas interstellare vicino al residuo della supernova.
«I teorici pensano che i protoni dei raggi cosmici a più alta energia nella Via Lattea potevano raggiungere un milione di miliardi di elettronvolt, o energie PeV. La natura precisa delle loro fonti, che chiamiamo PeVatrons, è stata difficile da definire», ha affermato Ke Fang dell’Università del Wisconsin, a Madison.
Intrappolate da caotici campi magnetici, le particelle attraversano ripetutamente l’onda d’urto della supernova, guadagnando velocità ed energia a ogni passaggio. Alla fine, il resto non può più trattenerli e volano nello spazio interstellare. Grazie alla raccolta del più potente acceleratore di particelle del mondo, il Large Hadron Collider, gli scienziati hanno identificato alcuni PeVatron sospetti, incluso uno al centro della nostra galassia. Molti i sospettati tra i 300 resti conosciuti, di cui solo pochi sono stati trovati emettere raggi gamma con energie sufficientemente elevate.
Un particolare relitto della stella G106.3+2.7, una nuvola a forma di cometa situata a circa 2.600 anni luce di distanza nella costellazione del Cefeo, ha destato attenzione. In quell’area 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.
Lo strumento principale del Large Area Telescope di Fermi, ha rilevato raggi gamma da miliardi di elettronvolt (GeV) dall’interno della coda estesa del residuo. Ma conferme sono arrivate anche dal Very Energetic Radiation Imaging Telescope Array System (Veritas) presso il Fred Lawrence Whipple Observatory, nell’Arizona meridionale che ha registrato raggi gamma di energia ancora più elevata dalla stessa regione. A questi si è aggiunto anche l’ Osservatorio di raggi gamma Cherenkov sull’acqua ad alta quota in Messico e l’ esperimento Tibet AS-Gamma in Cina, hanno confermato fotoni con energie di 100 trilioni di elettronvolt (TeV) dall’area sondata da Fermi e Veritas.
Malgrado le evidenze, si cercavano conferme: «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.», spiega il coautore Henrike Fleischhack della Catholic University of America di Washington e in servizio anche al Goddard Space della Nasa Centro di volo a Greenbelt, nel Maryland.
I dati ottenuti definiscono una sequenza che include la pulsar J2229+6114 come la sorgente più brillante nella punta settentrionale del residuo di supernova G106.3+2.7. Quando la pulsar emette i propri raggi gamma è come un faro di luce mentre ruota. 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 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. Mentre 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.
«G106.3+2.7 è unico per ora e altre sorgenti potrebbero essere rivelate attraverso future osservazioni di oggetti che emettono raggi gamma che raggiungono energie TeV», osserva Fang.
Il Fermi Gamma-ray Space Telescope è una partnership di astrofisica e fisica delle particelle gestita da Goddard. Fermi è stato sviluppato in collaborazione con il Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti, con importanti contributi di istituzioni accademiche e partner in Francia, Germania, Italia, Giappone, Svezia e Stati Uniti.
Crediti immagine in apertura: Goddard Space Flight Center della Nasa