La collaborazione Hawc, acronimo di High-Altitude Water Cherenkov Observatory, scopre che il Sole è sorprendentemente brillante nei raggi gamma, molto più del previsto
Secondo Edgar Allan Poe, il posto migliore per nascondere qualsiasi cosa è in piena vista.
Effettivamente, per quanto riguarda la nostra stella sembra proprio essere così. Un team internazionale di ricercatori ha infatti scoperto che il Sole è sorprendentemente brillante nei raggi gamma, molto più brillante del previsto, dimostrando che l’energia dei raggi solari si estende fino a quasi 10 TeV. I dettagli della scoperta sono presentati in un articolo pubblicato sulla rivista Physical Review Letters.
Sebbene la luce ad alta energia non raggiunga la superficie terrestre, questi raggi gamma generano firme che sono state rilevate da Mehr Un Nisa e dai suoi collaboratori, utilizzando uno strumento molto particolare: lo High-Altitude Water Cherenkov Observatory, o Hawc.
Finanziato dalla National Science Foundation e dal National Council of Humanities Science and Technology, Hawc, a differenza di altri osservatori, è sempre in funzione. «In questo particolare regime energetico, altri telescopi terrestri non potrebbero guardare il Sole perché funzionano solo di notte», spiega Nisa. «Il nostro è operativo 24 ore su 24, 7 giorni su 7».
Oltre a funzionare in modo differente dai telescopi convenzionali, Hawc ha un aspetto molto diverso dal tipico telescopio. Niente tubi dotati di lenti, ma una schiera di 300 grandi serbatoi d’acqua, ciascuno riempito con circa 200 tonnellate d’acqua. La schiera è incastonata sui fianchi del vulcano Sierra Negra, a più di 4mila metri sopra il livello del mare. Da questo punto di osservazione, può osservare ciò che accade quando i raggi gamma colpiscono l’aria nell’atmosfera terrestre. Le collisioni che avvengono creano quelli che vengono chiamati sciami d’aria, che sono un po’ come esplosioni di particelle impercettibili a occhio nudo.
L’energia del raggio gamma originale viene liberata e ridistribuita tra nuovi “frammenti” costituiti da particelle di energia più bassa e luce. Sono queste particelle – e le nuove particelle che creano mentre scendono verso il suolo – che Hawc può “vedere”. Quando le particelle dello sciame interagiscono con l’acqua nelle vasche, creano quella che è nota come radiazione Cherenkov che può essere rilevata con gli strumenti dell’osservatorio.
Nisa e i suoi colleghi hanno iniziato a raccogliere dati nel 2015. Nel 2021, ne avevano accumulati a sufficienza per iniziare a esaminare i raggi gamma del Sole in dettaglio. «Dopo aver esaminato i dati di sei anni, è emerso questo eccesso di raggi gamma», riporta la ricercatrice. Quando l’hanno visto per la prima volta, racconta Nisa, temevano di aver combinato qualcosa di sbagliato perché non si aspettavano che il Sole fosse così luminoso a queste energie.
Il Sole emette luce su una vasta gamma di lunghezze d’onda, o di energia. Attraverso le sue reazioni nucleari genera luce visibile, quella che vediamo. Ad esempio, a ciascun fotone di luce rossa (di lunghezza d’onda pari a circa 700 nm) che viene assorbito dalle piante per fare la fotosintesi clorofilliana, corrisponde un’energia di circa 2 elettronvolt (eV). I raggi gamma osservati da Nisa e dai suoi colleghi avevano circa mille miliardi di elettronvolt, o 1 tera elettronvolt, abbreviato in 1 TeV. Non solo questo livello di energia è sorprendente, ma lo è anche il fatto che ne abbiano vista così tanta.
Negli anni ’90, gli scienziati hanno predetto che il Sole potrebbe generare raggi gamma quando i raggi cosmici ad alta energia – particelle accelerate da una “centrale cosmica” come un buco nero o una supernova – si schiantano contro i protoni nel Sole. Ma, sulla base di ciò che si sapeva sui raggi cosmici e sul Sole, i ricercatori hanno anche ipotizzato che sarebbe stato raro vedere questi raggi gamma raggiungere la Terra.
A quel tempo, però, non esisteva uno strumento in grado di rilevare raggi gamma ad alta energia e non ci sarebbe stato per un bel po’. La prima osservazione di raggi gamma con energie superiori a un miliardo di elettronvolt è arrivata dal telescopio spaziale a raggi gamma Fermi della Nasa, nel 2011.
Negli anni successivi, la missione Fermi dimostrò non solo che questi raggi potevano essere molto energetici, ma anche che ce n’erano circa sette volte di più di quanto gli scienziati si aspettassero inizialmente. E sembrava che ce ne fossero altri da scoprire a energie ancora più elevate. Le misurazioni del telescopio Fermi dei raggi gamma del Sole hanno raggiunto un massimo di circa 200 miliardi di elettronvolt.
John Beacom e Annika Peter, due professori della Ohio State University, hanno incoraggiato la Hawc Collaboration a dare un’occhiata. La Hawc Collaboration include più di 30 istituzioni in Nord America, Europa e Asia, e una parte considerevole è rappresentata dai quasi cento autori del nuovo articolo.
Ora, per la prima volta, il team ha dimostrato che le energie dei raggi del Sole si estendono nella gamma dei TeV, fino a quasi 10 TeV.
La scoperta sta generando più domande che risposte. Secondo Nisa, gli scienziati solari avranno un bel da fare per capire come sia possibile che questi raggi gamma raggiungano energie così elevate e quale ruolo giochino i campi magnetici del Sole. Ma questa incertezza fa parte del gioco. Quello che i ricercatori hanno trovato ci dice che c’è qualcosa di sbagliato, o di mancante… o forse entrambe le cose, nella comprensione della nostra stella, che Hawc ci sta facendo vedere sotto una luce diversa. Letteralmente.
Per saperne di più:
- Leggi su Physical Review Letters l’articolo “Discovery of Gamma Rays from the Quiescent Sun with HAWC” di A. Albert et al. (Hawc Collaboration)