Come funzionano i raggi cosmici ad alta energia? Scopriamolo!

Negli ultimi giorni, se sei appassionato di astrofisica, è probabile che tu abbia sentito parlare di un fenomeno affascinante: Amaterasu, il secondo raggio cosmico con la maggiore quantità di energia mai rilevato sulla Terra. Questa particolare particella è stata scoperta due anni fa grazie alla Telescope Array Collaboration e possiede un’energia straordinaria pari a 240 exa-elettronvolt (EeV). Tuttavia, l’interesse non si limita alla sua intensità energetica, bensì si estende alla sua natura stessa e alle domande profonde che essa solleva nel campo dell’astrofisica.

I raggi cosmici, in generale, sono particelle subatomiche come protoni, elettroni e neutroni, che attraversano lo spazio a velocità prossime a quella della luce. L’Extreme Energy Cosmic Ray (EECR), come Amaterasu, è il risultato di processi energetici generati da corpi celesti come galassie, buchi neri e stelle. Quando questi raggi giungono sulla Terra, inevitabilmente interagiscono con l’atmosfera, dando luogo a una cascata di altre particelle. Queste particelle, a loro volta, vengono rilevate da sofisticati telescopi. Questo consente agli scienziati di ricostruire con precisione la direzione originaria del raggio cosmico ad altissima energia.

Il funzionamento dei raggi cosmici

Un elemento intrigante è rappresentato dal “cutoff di GZK”, un limite teorico dell’energia dei raggi cosmici che si stima sia intorno ai 50 EeV.

Questo limite è stato dedotto considerando le perdite di energia derivanti dalle collisioni tra i raggi cosmici e i fotoni residui del Big Bang. In teoria, Amaterasu e altre particelle simili dovrebbero sottostare a questo limite. In questo caso però, la sua strabiliante energia di 240 EeV solleva domande fondamentali sulla comprensione attuale di tali fenomeni.

Un’ipotesi intrigante è che le particelle Amaterasu potrebbero essere costituite non da protoni, come comunemente si verifica nei raggi cosmici, ma da nuclei atomici più pesanti, come quelli del ferro. In questo scenario, il cutoff di GZK si calcola considerando la velocità di ciascun protone o neutrone all’interno del nucleo, anziché l’energia totale del nucleo stesso. Per esempio, un nucleo di ferro potrebbe avere un’energia maggiore rispetto a un protone alla stessa velocità, superando così il limite teorico precedentemente stabilito.

Nonostante la mancanza di certezze sulla formazione e l’origine di nuclei così energetici, la comunità scientifica sta compiendo enormi progressi nella comprensione degli EECR. I sofisticati strumenti di rilevamento e le teorie sempre più avanzate stanno gettando nuova luce sul fenomeno. Questo continua a svelare aspetti misteriosi dell’universo, aprendo la strada a ulteriori scoperte che potrebbero rivoluzionare la nostra comprensione della fisica delle particelle e dell’astrofisica.