Svelata l’origine dei raggi cosmici ultra-energetici: nascono da fusioni di stelle di neutroni

I raggi cosmici dell’universo, soprattutto quelli ultra-energetici, hanno dato filo da torcere ai ricercatori, ma ora sanno qualcosa in più.

Ti sei mai chiesto da dove vengano le particelle più energetiche dell’universo? Quelle che viaggiano attraverso lo spazio con un’energia talmente assurda da far impallidire qualsiasi acceleratore di particelle costruito dall’uomo? Ecco, queste particelle esistono e si chiamano raggi cosmici ultra-energetici (UHECRs). Gli scienziati le conoscono da oltre sessant’anni, ma il loro misterioso viaggio nello spazio ha sempre lasciato più domande che risposte.

Ora, però, sembra che qualcuno abbia finalmente trovato una spiegazione convincente. Glennys Farrar, fisica della New York University, ha messo insieme un’ipotesi rivoluzionaria che non solo spiega come si formano questi raggi cosmici estremi, ma offre anche un modo per testarla. E la soluzione, guarda caso, coinvolge alcuni degli eventi più violenti e spettacolari dell’universo: le collisioni tra stelle di neutroni.

Già, quelle fusioni epiche che trasformano due stelle dense come il nucleo di un atomo in un buco nero, sprigionando onde gravitazionali e producendo elementi rari come oro, platino e uranio. Secondo Farrar, proprio in quei momenti di caos cosmico, si creano le condizioni perfette per l’accelerazione di questi raggi cosmici ultra-energetici.

Questa teoria, pubblicata su Physical Review Letters, non solo risolve alcuni dei misteri più spinosi legati agli UHECRs, ma apre anche nuove strade per studiare eventi catastrofici come le fusioni stellari e le onde gravitazionali. Ma andiamo con ordine.

Qual è il segreto di questi raggi cosmici?

Dunque, come fanno questi raggi cosmici a raggiungere energie così assurde? Secondo la teoria di Farrar, tutto dipende da quello che succede poco prima che due stelle di neutroni si fondano in un buco nero. Durante la collisione, le stelle rilasciano getti di gas e polveri in modo turbolento e caotico. Il campo magnetico viene distorto e amplificato in un vortice infernale di energia. E proprio in questi “outflows” magnetici, le particelle cariche possono essere accelerate fino a energie incredibili. È un po’ come se la natura avesse costruito un acceleratore di particelle cosmico senza bisogno di tunnel sotterranei e miliardi di dollari di investimenti.

Un dettaglio particolarmente interessante è che questa teoria spiega perché i raggi cosmici ultra-energetici sembrano avere un’energia strettamente correlata alla loro carica elettrica. Questo era uno dei punti che nessuna spiegazione precedente riusciva a chiarire completamente. E non è tutto: il modello di Farrar suggerisce che queste particelle possano partire proprio da elementi pesanti e rari, come lo xeno e il tellurio, che si formano nelle fusioni stellari. In pratica, i raggi cosmici più potenti dell’universo potrebbero essere pezzi di “cenere” sparati via da queste titaniche collisioni!

Come testare questa teoria

Ok, tutto molto affascinante, ma c’è un problema: come si fa a dimostrare che questa spiegazione è quella giusta? Fortunatamente, la teoria di Farrar fa due previsioni molto precise, che potrebbero essere verificate con gli strumenti giusti. Primo, se davvero gli UHECRs vengono prodotti nelle fusioni di stelle di neutroni, allora dovremmo trovare nei dati tracce di elementi rari come lo xeno o il tellurio tra queste particelle cosmiche. Quindi, basterà analizzare gli UHECRs con nuovi metodi per vedere se questa firma chimica è presente.

Secondo, ogni volta che un UHECR di altissima energia viene prodotto, dovrebbe esserci anche una coincidenza con un segnale di onde gravitazionali. Questo perché le onde gravitazionali vengono generate proprio nelle fusioni stellari, lo stesso momento in cui questi raggi cosmici dovrebbero prendere il volo. In teoria, quindi, se riusciamo a collegare l’osservazione di un UHECR con un evento di onde gravitazionali rilevato da LIGO o Virgo, avremmo una prova diretta che questa teoria è corretta.