Site icon Global Science

AMS – 02 svela nuove proprietà dei raggi cosmici

I raggi cosmici sono particelle accelerate da potenti processi astrofisici, che arrivano sulla terra da tutte le direzioni. Sono costituiti per la maggioranza da materia nucleare, cioè protoni, nuclei di elio e di altri nuclei che troviamo lungo la tavola periodica. Misurare con precisione le caratteristiche dei raggi cosmici in termini di energia e composizione chimica permette di esplorare le proprietà delle loro sorgenti astrofisiche e del mezzo interstellare che attraversano nel loro viaggio dalla loro origine fino al nostro Sistema Solare. L’esperimento AMS-02 (Alpha Magnetic Spectrometer) osserva i raggi cosmici sin dal 2011 dalla sua posizione privilegiata sulla Stazione Spaziale Internazionale e ne misura la componente nucleare con grande precisione, prima che le particelle modifichino le loro caratteristiche attraversando ed interagendo con le molecole dell’atmosfera terrestre.

In dieci anni di incessanti operazioni AMS-02 ha raccolto un enorme numero di raggi cosmici, ad oggi 180 miliardi di eventi. I dati sono continuamente analizzati per studiare e investigare le proprietà dei raggi cosmici dai ricercatori della collaborazione AMS, che ha recentemente pubblicato su Physics Review Letters un articolo in cui si studiano le proprietà dei nuclei di Sodio (Z=11) e Alluminio (Z=13) nei raggi cosmici.

«La misura del flusso di sodio e alluminio completa la serie di misure di precisione che AMS ha fatto degli elementi chimici nei raggi cosmici che vanno da numero atomico 1 sino a 14», dice Alberto Oliva, ricercatore INFN della sezione di Bologna e coautore della pubblicazione. «AMS ha già mostrato che nei raggi cosmici esistono due principali famiglie. Elementi come Idrogeno (Z=1), Elio (Z=2), Carbonio (Z=6), Ossigeno (Z=8), Neon (Z=10), Magnesio (Z=12) e Silicio (Z=14) fanno in prevalenza parte della famiglia dei primari, cioè dei raggi cosmici che provengono dalle sorgenti astrofisiche di produzione e accelerazione. La famiglia dei raggi cosmici secondari è invece prodotta dalla collisione violenta dei primari con il materiale intergalattico. Fanno in prevalenza parte di questa famiglia Litio (Z=3), Berillio (Z=4), Boro (Z=5) e Fluoro (Z=9). AMS ha mostrato che primari e secondari hanno spettri simili all’interno di ciascuna famiglia, ma molto differenti fra famiglia e famiglia. Con questa pubblicazione AMS discute l’esistenza di una terza famiglia di specie, che possiamo chiamare mista, in cui gli elementi hanno origine primarie e secondarie in misura comparabile. Avevamo già discusso in una precedente pubblicazione il fatto che l’Azoto (Z=7) appartiene a questa categoria, oggi ci aggiungiamo anche il Sodio e l’Alluminio».

La misura pubblicata da AMS-02 è basata su 8 anni e mezzo di dati e conta circa un milione di nuclei di sodio e alluminio analizzati. In questa pubblicazione, in maniera analoga a quanto fatto in un precedente lavoro sui nuclei di Azoto, lo spettro di Sodio e Alluminio vengono descritti da una combinazione di spettro primario e secondario L’ottima descrizione che ne deriva permette di stabilire in maniera indipendente dai modelli teorici l’abbondanza di Sodio e Alluminio prodotti ed accelerati alle loro sorgenti astrofisiche. Questa analisi fornisce informazioni precise e senza precedenti sulle proprietà gli elementi “misti”, sia primari che secondari, che potranno permettere ai ricercatori della comunità internazionale di comprendere più a fondo i meccanismi di origine, accelerazione e propagazione dei raggi cosmici. Conoscere con accuratezza questi meccanismi è fondamentale non solo per comprendere la fisica dei raggi cosmici, ma anche per limitare le incertezze che ad oggi limitano la interpretazione dei risultati ottenuti nella misura della rara componente di antimateria nei raggi cosmici. Tali incertezze possono infatti nascondere l’emergenza di fenomeni fisici molto rari che possono indicare fenomeni di nuova fisica, quali l’indicazione indiretta di Materia Oscura nella Galassia.

I dati di AMS-02 relativi al flusso di Sodio e Alluminio sono distribuiti pubblicamente attraverso il Cosmic Ray Database del Space Science Data Center di ASI e a disposizione di tutta la comunità scientifica per essere analizzati approfonditamente e migliorare i modelli teorici per la descrizione dei raggi cosmici.

«La partecipazione di ASI e dei ricercatori italiani dell’INFN della collaborazione AMS è stata fondamentale per finalizzare questa misura, e conferma il ruolo centrale che la comunità scientifica italiana ha nel panorama internazionale» aggiunge Valerio Vagelli, Project Manager di ASI per AMS e coautore della pubblicazione, «AMS sta raccogliendo dati anche sugli elementi più pesanti e meno abbondanti del Silicio nei raggi cosmici. Completare la campagna di misure di materia nucleare nei raggi cosmici pesanti fino al Ferro, quest’ultimo già misurato da AMS-02, è molto interessante. Le proprietà di queste specie nucleari pesanti nella radiazione cosmica sono infatti poco conosciute, non possiamo escludere la prospettiva di misurare qualcosa di interessante e inaspettato che possa aggiungere un nuovo pezzo a completare l’intricato puzzle da risolvere per comprendere a fondo i meccanismi di origine, accelerazione e propagazione dei raggi cosmici e, di conseguenza, anche diminuire parte delle incertezze che ci limitano la possibilità di identificare segnali di nuova fisica in altre misure, quali lo studio delle abbondanze di particelle di antimateria nei raggi cosmici».

AMS è una missione sponsorizzata da NASA e DOE (US), e a cui l’Italia partecipa con il supporto di ASI e ricercatori dell’Università e delle Sezioni INFN di Bologna, Milano Bicocca, Perugia, Roma Sapienza, Roma Tor Vergata, Pisa, Trento e di ASI.

Link a pubblicazione open access: https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.127.021101

Exit mobile version