Pierre Victor Auger.
Del grande Universo che ci circonda e in cui viviamo abbiamo imparato a scoprirne le leggi, studiandone i fenomeni, ma i segreti e i misteri che lo avvolgono sono ancora molti, tanti da continuare a stimolare l’interesse dell’uomo e spingerlo nei luoghi più isolati del pianeta alla ricerca di risposte.
E così, come il progetto Ice Cube si occupa di rilevare la presenza di neutrini nelle lande desolate dell’Antartide, un altro laboratorio, il Pierre Auger Observatory, studia i raggi cosmici ad alta energia sull’altopiano della Pampa, in Argentina.
I raggi cosmici
Proprio adesso, mentre state leggendo questo articolo, magari gustando un buon caffè, il nostro pianeta è investito da una quantità incalcolabile di particelle che viaggiano a velocità elevatissime, prossime a quella della luce (300.000 km/s). Questi fasci di particelle possiedono un’energia altissima, milioni di volte superiore a quelle che potremmo mai ottenere con il più grande e potente acceleratore di particelle sulla Terra.
La loro provenienza è ancora un mistero. Si pensa che quelli di energia più bassa si originino durante fenomeni molto violenti, come l’esplosione di una supernova al termine della vita di una stella molto massiccia, e che provengano dall’interno della Via Lattea. Queste esplosioni generano dei campi magnetici che riflettono le particelle cariche. All’aumentare delle collisioni e delle riflessioni, l’energia delle particelle aumenta.
Questo modello fu ideato da Enrico Fermi per spiegare appunto l’accelerazione dei raggi cosmici.
Tuttavia, questo modello non è adatto per i raggi cosmici a più alto contenuto energetico, perché le gli urti magnetici non sarebbero abbastanza forti da permettere alle particelle di raggiungere quell’energia.
Queste ultime proverrebbero da zone extragalattiche.
Il condizionale è d’obbligo, certo, ma si è pensato che alcune papabili sorgenti potrebbero essere le radiogalassie e i nuclei galattici attivi, basandosi sul presupposto che al loro interno possano esserci buchi neri che attirano la materia circostante rilasciando una immensa quantità di energia, che arriva a noi sottoforma di raggi cosmici.
Air shower
Per comprendere la natura dei raggi cosmici, gli scienziati ne studiano l’energia e la direzione di provenienza.
Quelli a contenuto energetico più basso vengono misurati direttamente da palloni o satelliti.
I raggi cosmici ad alta energia invece vengono studiati indirettamente, osservando l’effetto che essi producono nell’atmosfera terrestre.
Questo fenomeno viene chiamato “air shower”. Il primo a scoprire gli sciami di raggi cosmici fu il fisico francese Pierre Auger, a cui l’osservatorio deve il suo nome. Ogni volta che i raggi cosmici ad alta velocità colpiscono una molecola d’aria nella parte alta dell’atmosfera, si verifica il fenomeno di “air shower. Le particelle che si originano da quest’urto iniziale si spargono e colpiscono altre molecole d’aria, creando un effetto cascata che continua finché l’energia iniziale non viene ripartita in una “pioggia” di particelle. Studiando queste ultime è possibile risalire alle caratteristiche delle particelle che formavano il raggio cosmico di partenza.
Un Buco nero.
Le tecniche per “catturare” i raggi cosmici
L’osservatorio Auger sfrutta due tecniche principali per studiare queste piogge di particelle provenienti dallo spazio.
La prima si basa sul rilevamento le particelle di più alta energia attraverso la loro interazione con le molecole d’acqua dei 1.600 rilevatori posti su una superficie di 3.000 chilometri quadrati nella Pampa argentina. Questi rilevatori, posti a una distanza regolare gli uni dagli altri, formano una gigantesca griglia. Essi sono costituiti da taniche riempite con 12 tonnellate d’acqua pura e sono completamente autonomi, perché alimentati da pannelli solari.
L’acqua ha lo scopo di creare il buio assoluto all’interno dei rilevatori. Quando particelle originate dalle piogge atmosferiche (air shower) create dalle collisioni dei raggi cosmici con le molecole dell’atmosfera, il loro campo elettromagnetico produce un lampo, noto come luce di Cherenkov, che può essere rilevato grazie a dei tubi fotosensibili montanti all’interno delle cisterne.
A partire dal numero di lampi registrati, gli scienziati possono determinare l’energia dei raggi cosmici originari, così come la traiettoria e la zona da cui essi provengono.
La seconda tecnica, invece, studia direttamente la luce ultravioletta emessa dagli atomi di azoto dell’atmosfera colpiti dai raggi cosmici. Questo fenomeno, noto come fluorescenza, viene rilevato dai sensori ottici dell’Osservatorio Auger. Questi osservano con precisione estrema il processo della fluorescenza dell’azoto e tracciano lo sviluppo della pioggia di particelle misurando la luminosità della luce UV emessa.
Auger Observatory.
Collaborazione internazionale e obiettivi scientifici
L’Osservatorio Auger e il progetto da esso rappresentato per lo studio dei raggi cosmici coinvolge 490 studiosi provenienti da diversi paesi d’Europa e del mondo, tra cui anche l’Italia.
Il frutto della collaborazione internazionale è costituito dal lento, faticoso, ma stimolante progresso nella comprensione dei raggi cosmici, della loro natura e della loro origine, connessa ai fenomeni più violenti e misteriosi dello spazio e legata a doppio nodo al passato e all’evoluzione del nostro Universo.
di Michele Mione
