Raggi Cosmici

La maggior parte dei raggi cosmici che noi rileviamo sulla Terra hanno un’origine piuttosto recente in ammassi di stelle massicce nelle vicinanze, secondo i nuovi risultati dell’Advanced Composition Explorer (ACE) della NASA. ACE ha permesso al team di ricerca di determinare la sorgente di questi raggi cosmici, compiendo le prime osservazioni di un raro tipo di raggi cosmici che si comporta come un piccolo timer, ponendo un limite alla distanza della sorgente rispetto alla Terra.

“Prima delle osservazioni di ACE, non sapevamo se questa radiazione fosse stata generata molto tempo fa e molto lontano, o in tempi relativamente recenti e nelle vicinanze”, ha affermato Eric Christian del Goddard Space Flight Center della NASA. Christian è co-autore di un articolo su questa ricerca pubblicato il 21 aprile su Science.

I raggi cosmici sono nuclei atomici ad alta velocità con un ampio range di energie: il tipo più potente viaggia quasi alla velocità della luce. L’atmosfera terrestre e il campo magnetico ci proteggono dai raggi cosmici meno energetici, che sono i più comuni. Tuttavia, i raggi cosmici rappresenteranno un pericolo per gli astronauti non protetti che dovessero viaggiare al di là del campo magnetico terrestre, perché possono agire come microscopici proiettili, danneggiando strutture e disgregando molecole nelle cellule viventi. La NASA sta attualmente cercando dei modi per ridurre o mitigare gli effetti delle radiazioni cosmiche al fine di proteggere gli astronauti in viaggio verso Marte.

I raggi cosmici sono prodotti da una varietà di eventi violenti nello spazio. La maggior parte dei raggi cosmici che si originano all’interno del nostro Sistema Solare sono ad energia piuttosto bassa e provengono da eventi esplosivi sul Sole, come eruzioni ed espulsioni di massa coronale. I raggi cosmici ad altissima energia sono estremamente rari e si ritiene siano alimentati da buchi neri massicci che si nutrono di materia al centro di altre galassie. I raggi cosmici oggetto di questo studio provengono dall’esterno del nostro Sistema Solare, ma all’interno della nostra galassia e sono chiamati raggi cosmici galattici. Si ritiene che siano prodotti dalle onde d’urto generate da esplosioni stellari chiamate supernove.

I raggi cosmici galattici individuati da ACE, che ha permesso al team di stimarne l’età e la distanza dalla sorgente, contengono una forma radioattiva di ferro chiamato ferro-60. Si è formato all’interno di stelle massicce quando esplodono e poi è stato espulso nello spazio dalle onde d’urto della supernova. Una parte di Ferro-60 nei detriti dalla stella distrutta viene accelerata alla velocità dei raggi cosmici quando un’altra stella massiccia nelle vicinanze esplode e la sua onda d’urto si scontra con i resti della precedente esplosione stellare.

I raggi cosmici galattici viaggiano attraverso lo spazio alla metà della velocità della luce o anche a velocità più elevate, circa 90.000 miglia al secondo (circa 150.000 chilometri al secondo).
Sembrano molto veloci, ma non viaggiano lontano su scala galattica, per due motivi. In primo luogo, non possono viaggiare in linea retta, perché sono elettricamente carichi e rispondono alle forze magnetiche. Pertanto sono costretti a seguire traiettorie contorte lungo le linee di campo magnetico nella nostra galassia. In secondo luogo, il Ferro-60 è radioattivo, e in un periodo di circa 2,6 milioni di anni la metà di esso decadrà in altri elementi (Cobalto-60 e quindi Nickel-60). Se i raggi cosmici di Ferro-60 sono stati creati centinaia di milioni di anni fa, o molto lontano, alla fine giunge a noi troppo poco per poter essere rilevato da ACE.

“La nostra individuazione di nuclei di ferro radioattivo nei raggi cosmici è una ‘pistola fumante’ che indica che vi è probabilmente stata più di una esplosione di supernova, negli ultimi milioni di anni nei nostri dintorni galattici”, ha detto Robert Binns della Washington University, St. Louis, Missouri, autore dello studio.

“In 17 anni di osservazione, ACE ha rilevato circa 300.000 raggi cosmici galattici di ferro ordinario, ma solo 15 di Ferro-60 radioattivo”, ha detto Christian. “Questi nuclei di Ferro-60 devono essersi formati abbastanza recentemente (negli ultimi milioni di anni) e la sorgente deve essere relativamente vicina, entro circa 3.000 anni luce”. Qualche migliaio di anni luce vuole dire relativamente vicino perché il vasto sciame di centinaia di miliardi di stelle che compongono la nostra galassia è ampio circa 100.000 anni luce.

Ci sono più di 20 ammassi di stelle massicce entro poche migliaia di anni luce. Queste sono molto probabilmente le sorgenti che principalmente contribuiscono alla produzione di Ferro-60 che ACE ha rilevato, per la loro dimensione e la vicinanza, secondo il team di ricerca.