La particella Amaterasu, uno degli enigmi più affascinanti dell’astrofisica moderna, potrebbe finalmente avere una spiegazione. Un gruppo di ricercatori guidato dalla Penn State ha pubblicato su Physical Review Letters uno studio che ribalta parecchie convinzioni: alcuni dei raggi cosmici più energetici mai osservati potrebbero non essere semplici protoni, ma nuclei atomici ultrapesanti, più pesanti del ferro. E questa ipotesi, per quanto possa sembrare controintuitiva, spiegherebbe molte cose che finora non tornavano.

La particella Amaterasu fu rilevata nel 2021 dal Telescope Array nello Utah e battezzata così in onore della dea del sole nella mitologia giapponese. La sua energia stimata, circa 240 exa elettronvolt, la colloca tra gli eventi cosmici più estremi mai registrati, nella stessa categoria rarissima della celebre particella “Oh My God” del 1991. Per dare un’idea delle proporzioni: parliamo di un singolo granello di materia cosmica che trasporta più o meno l’energia cinetica di una pallina da tennis lanciata a tutta velocità. Qualcosa di francamente assurdo, eppure reale.

Il problema, però, era un altro. La direzione di arrivo della particella Amaterasu puntava verso un vuoto cosmico, una regione dello spazio dove non esiste nessuna sorgente nota abbastanza potente da generare raggi cosmici di quella portata. Come se una pallottola arrivasse da una stanza vuota. Per oltre 60 anni, del resto, l’origine e i meccanismi di accelerazione dei raggi cosmici ad altissima energia sono rimasti tra i misteri più ostinati della fisica.

Nuclei ultrapesanti: la chiave che mancava

Qui entra in gioco la nuova ricerca. Kohta Murase, professore di fisica e astrofisica alla Penn State e coordinatore del team, ha spiegato che i nuclei ultrapesanti perdono energia molto più lentamente rispetto ai protoni o ai nuclei di massa intermedia mentre attraversano lo spazio intergalattico. Questo significa che possono percorrere distanze cosmiche enormi conservando livelli di energia estremi, e quindi raggiungere la Terra ancora carichi di quella potenza spaventosa.

Il team ha condotto simulazioni al computer molto dettagliate, modellando il comportamento di particelle di diverse dimensioni durante il viaggio attraverso lo spazio profondo. I risultati sono eloquenti: a energie comparabili con quella della particella Amaterasu, i nuclei più pesanti del ferro sopravvivono al tragitto molto meglio di qualunque altra particella più leggera.

Attenzione, però: nessuno sta dicendo che tutti i raggi cosmici ad altissima energia siano nuclei ultrapesanti. La sfumatura è importante. Se anche solo alcuni degli eventi più energetici fossero riconducibili a questo tipo di particelle, cambierebbe radicalmente il modo in cui vengono cercate le loro sorgenti.

Esplosioni cosmiche e osservatori del futuro

Ma da dove arriverebbero, concretamente, questi nuclei ultrapesanti? Le sorgenti più promettenti, secondo lo studio, sono le morti di stelle massive che collassano in buchi neri o in stelle di neutroni fortemente magnetizzate, oltre alle fusioni di sistemi binari di stelle di neutroni, già note come potenti emettitori di onde gravitazionali. Questi fenomeni violentissimi possono anche alimentare lampi di raggi gamma tra le esplosioni più energetiche dell’universo.

C’è un dettaglio ulteriore che rende la teoria ancora più interessante: la presenza di nuclei ultrapesanti potrebbe spiegare una differenza osservata nello spettro dei raggi cosmici tra emisfero nord e sud del cielo. Se questa componente pesante fosse davvero significativa alle energie più alte, i dati futuri dovrebbero mostrare una composizione più pesante del ferro.

Gli osservatori di nuova generazione, come il progetto AugerPrime in Argentina e il proposto Global Cosmic Ray Observatory, potrebbero mettere alla prova queste previsioni. Il lavoro teorico sulle esplosioni cosmiche che coinvolgono buchi neri e stelle di neutroni magnetizzate potrebbe a sua volta aiutare a capire dove nascono davvero i raggi cosmici più potenti dell’universo. La ricerca, condotta con collaboratori dell’Istituto Yukawa di fisica teorica in Giappone e della Virginia Tech, apre insomma un filone che nei prossimi anni potrebbe riscrivere parecchi capitoli dell’astrofisica delle alte energie.

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