Osservate le tracce dell’accelerazione dei raggi cosmici?

Si pensa che i raggi cosmici di origine galattica siano accelerati da esplosioni di supernovae. Ho già mostrato un semplice calcolo che permette di verificare la consistenza quantitativa tra le energie in gioco. Ci sono anche modelli di accelerazione che riproducono bene lo spettro energetico dei raggi cosmici che vi mostrerò in post futuri.

Ma non c’era mai stata un’evidenza osservativa di questa accelerazione dovuta alle esplosioni di supernovae. Fino ad oggi.

I resti della supernova di Tycho. I raggi X di bassa energia sono in rosso, quelli di alta energia sono in blu, il campo stellare è nell’ottico. I dati dei raggi X sono di Chandra, i dati ottici sono della DSS (Digital Sky Survey).

Questa immagine viene da un’osservazione prolungata dei resti della supernova di Tycho effettuata dal satellite Chandra. Nell’immagine si possono osservare in rosso i raggi X di bassa energia che corrispondono ai residui dell’esplosione in espansione, mentre in blu i raggi X di alta energia mostrano l’onda d’urto (blast wave), una shell di elettroni estremamente energetici.

Proprio questi raggi X di alta energia mostrano delle strutture, una sorta di strisce, mai osservate prima nei resti di una supernova. Le strisce più intense sono visibili sul lato destro dell’immagine anche senza isolare la componente di alta energia. Sono orientate dal bordo esterno verso l’interno del residuo.

Queste strisce potrebbero rappresentare la prima evidenza diretta che i resti di supernovae possono accelerare le particelle cariche che formano i raggi cosmici fino ad energie centinaia di volte maggiori di quelle raggiunte dall’acceleratore di particelle più potente, LHC. Questi risultati potrebbero inoltre supportare una teoria su come i campi magnetici possano essere amplificati enormemente in queste onde d’urto.

High Energy

Si pensa che le strisce di raggi X siano regioni in cui la turbolenza è maggiore e i campi magnetici sono più aggrovigliati rispetto alle zone circostanti. Gli elettroni rimangono intrappolati in queste regioni ed emettono raggi X mentre spiraleggiano intorno alle linee di campo magnetico (a causa del processo di bremsstrahlung). Tali regioni ad elevata turbolenza e forti campi magnetici erano previste nei resti di supernovae ma ci si aspettava che il moto delle particelle di più alta energia, in maggior parte protoni, lasciasse una distribuzione disordinata di vuoti e pieni in corrispondenza di regioni di campo magnetico rispettivamente debole o forte. L’osservazione di queste strisce quindi è stata decisamente una sorpresa.

Schematic Illustration of the Tycho Stripes
Illustrazione schematica delle strisce di Thyco Schematic Illustration of the Tycho Stripes

Si pensa che la dimensione dei vuoti corrisponda al raggio del moto a spirale dei protoni di più alta energia. Queste energie equivalgono alle energie più alte dei raggi cosmici prodotti nella nostra galassia. La spaziatura tra le strisce corrisponde a questa dimensione e quindi evidenzia l’esistenza di questi protoni di estrema energia prodotti nella galassia.

Il residuo della supernova di Tycho prende il suo nome dal famoso astronomo danese Tycho Brahe, che la osservò nel 1572. Si trova nella Via Lattea, a circa 13000 anni luce dalla Terra. Per la sua vicinanza e per la sua luminosità intrinseca, la supernova fu talmente luminosa da essere vista di giorno ad occhio nudo.

Fonte:

http://www.chandra.harvard.edu/photo/2011/tycho/

http://www.chandra.harvard.edu/photo/2011/tycho/more.html

Credits: X-ray: NASA/CXC/Rutgers/K.Eriksen et al.; Optical: DSS

Scala: L’immagine si estende per 19 arcmin (circa 55 anni luce)

Coordinate (J2000): RA 00h 25m 17s | Dec +64° 08′ 37″

Costellazione: Cassiopea

Distanza stimata: Circa 13,000 anni luce

Data di osservazione: 9 puntamenti tra  il 13 Aprile e il 3 Maggio 2009

Tempo di osservazione: 207 ore 15 min (8 giorni 15 ore 15 min)

ID delle osservazioni: 10093-10097; 10902-10904; 10906

Codici di colore: Energia: Rosso 1.6-2.15 keV, Verde 7.15-9.3 keV, Blu 4-6 keV

Strumento: ACIS

Riferimento: K.Eriksen et al. 2011, ApJL, 728:L28; arXiv:1101.1454

Data di pubblicazione: 24 Marzo, 2011

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