Raggi cosmici ad altissima energia prodotti dal buco nero nel cuore della galassia

Il buco nero supermassiccio che si nasconde nel cuore della Via Lattea è in grado di accelerare i raggi cosmici fino a energie 100 volte maggiori di quelle raggiunte nei più potenti acceleratori di particelle qui sulla superficie terrestre, come il Large Hadron Collider del Cern di Ginevra, secondo nuovi dati raccolti dall'osservatorio H.E.S.S.
L'osservatorio H.E.S.S., situato in Namibia ma operato da 42 istituti in 12 Paesi, ha trascorso l'ultimo decennio a mappare i più energetici raggi gamma, prodotti dai raggi cosmici provenienti dal cuore della Via Lattea. I più recenti dati raccolti dai cinque telescopi che costituiscono l'esperimento H.E.S.S. rivelano la presenza di una nuova sorgente di radiazione cosmica a energie tra 20 GeV e 100 TeV, che gli scienziati ritengono coincida con il buco nero supermassiccio presente nel nucleo della nostra galassia.

La Terra è costantemente bombardata da una pioggia di particelle ad alta energia - protoni, elettroni, nuclei atomici - di origine cosmica. Questi raggi cosmici, essendo elettricamente carichi, sono facili prede delle interferenze dei campi magnetici interstellari che permeano la nostra galassia. Queste continue deviazioni sono responsabili del moto casuale dei raggi cosmici, rendendo molto difficile identificare la loro precisa sorgente astrofisica. Per fortuna, interagendo con la luce e il gas in prossimità delle loro sorgenti, i raggi cosmici emettono raggi gamma, che rendono possibile la localizzazione delle sorgenti di queste misteriose particelle: i raggi gamma, infatti, raggiungono la Terra indisturbati dai campi magnetici e da altre potenziali fonti di interferenza. Quando poi questi raggi gamma entrano in contatto con le molecole che popolano l'atmosfera superiore della Terra, producono una pioggia di particelle secondarie responsabili dell'emissione della cosiddetta luce di Cherenkov. Analizzando questi lampi di luce, gli scienziati sono stati in grado di identificare oltre 100 sorgenti di raggi gamma ad alta energia nell'arco degli ultimi tre decenni.

Nella nostra galassia, conosciamo una serie di oggetti - resti di supernove, nebulose alimentate da pulsar - in grado di produrre raggi cosmici con energie fino a 100 TeV. Tuttavia, i nostri modelli prevedono che all'interno della Via Lattea debbano esistere fabbriche di raggi cosmici con energie ben maggiori, forse fino a 1 PeV.

Queste elusive sorgenti hanno confuso gli astronomi per decenni - fino ad oggi. Durante i suoi primi tre anni di osservazione, H.E.S.S ha individuato una potente sorgente puntiforme di raggi gamma nel cuore della Via Lattea, situata al centro di una vasta regione, larga circa 500 anni luce e popolata da una serie di nubi molecolari responsabili dell'emissione diffusa di raggi gamma. Secondo la ricostruzione degli scienziati, sarebbe l'interazione tra i raggi cosmici ad alta energia e le nubi molecolari a produrre l'emissione di raggi gamma osservata. La coincidenza spaziale tra i raggi gamma e la densità del materiale nelle nubi conferma la presenza di uno o più acceleratori di raggi cosmici nella regione.

Nuovi dati raccolti da H.E.S.S. tra il 2004 e il 2013 fanno luce sulla natura di questa sorgente. "L'incredibile quantità di dati e il progresso nelle tecniche di analisi ci hanno permesso di misurare sia la distribuzione spaziale che l'energia dei raggi cosmici," spiega Aion Viana dell'MPIK. Queste preziose informazioni hanno consentito agli scienziati di localizzare con precisione la sorgente dei raggi cosmici. "Da qualche parte nei 33 anni luce centrali della Via Lattea si trova una sorgente astrofisica in grado di accelerare i protoni a energie di un PeV per almeno mille anni," aggiunge Emmanuel Moulin del CEA. "Con H.E.S.S. siamo in grado di tracciare la propagazione dei protoni PeV nella regione centrale della Via Lattea," conferma Stefano Gabici del CNRS.

Dunque, quale potrebbe essere la possibile sorgente di questi raggi cosmici estremamente energetici? Il nucleo della Via Lattea vanta un gran numero di candidati, da resti di supernove a nebulose con pulsar e compatti ammassi stellari.

"Tuttavia, il buco nero supermassiccio al centro della galassia, noto come Sgr A*, è la sorgente più plausibile," spiega Felix Aharonian dell'MPIK, in quanto vanta "un gran numero di potenziali regioni di accelerazione, sia nelle immediate vicinanze del buco nero, che a distanze maggiori, dove una frazione del materiale in caduta verso il buco nero è espulso nell'ambiente circostante, provocando l'accelerazione delle particelle."