Il nostro pianeta è costantemente bombardato da particelle ad alta energia provenienti dallo spazio, un fenomeno noto come radiazione cosmica. Anche se il termine sembra spaventoso, la maggior parte di queste radiazioni sono innocue. Comprende la luce visibile e le particelle subatomiche che fluiscono attraverso il cosmo, spesso definite raggi cosmici. Alcuni provengono dal nostro Sole, altri dalla Via Lattea, e un numero sorprendente percorre grandi distanze da altre galassie.
La scala dell’impatto extragalattico
È notevole che la Terra intercetti regolarmente particelle provenienti da galassie distanti milioni di anni luce. Queste particelle perdono energia nel tempo, ma alcune arrivano comunque con una forza straordinaria. La loro energia è misurata in elettronvolt (eV), una minuscola unità: 26 milioni di trilioni di eV equivalgono a solo un joule (l’energia per riscaldare un centimetro cubo d’acqua di 1 grado Celsius). Tuttavia, i raggi cosmici spesso trasportano megaelettronvolt (MeV) o addirittura gigaelettronvolt (GeV).
Tuttavia, alcuni raggi cosmici sfidano le aspettative. Nel 1991, il rilevatore Fly’s Eye registrò una particella con un’energia di 320 quintilioni di eV, o 320 miliardi di GeV. Questa particella “Oh-My-God” (OMG) possedeva 51 joule di energia cinetica, equivalente a una palla curva lenta, ma concentrata in una singola particella subatomica.
Cosa rende questa particella così strana?
I protoni, le particelle fondamentali che compongono questo raggio, sono inimmaginabilmente piccole. Per dirla in prospettiva, un protone rispetto a un’arancia è come un’arancia rispetto all’orbita di Nettuno. La particella OMG si muoveva al 99,9999999999999999999995% della velocità della luce. Se avesse corso contro un fotone sin dalla nascita dell’universo, oggi sarebbe solo 600 metri indietro.
Da dove viene questa energia?
La fonte sono probabilmente buchi neri supermassicci in galassie lontane. Questi buchi neri emettono potenti fasci di materia ed energia, trasportando forti campi magnetici. Le particelle cariche, come i protoni, accelerano all’interno di questi campi. Le collisioni tra nubi di gas aumentano ulteriormente la loro energia attraverso un processo chiamato “accelerazione di Fermi del primo ordine”, un trabucco cosmico che lancia particelle a velocità vicine alla luce.
Il secondo raggio cosmico con la più alta energia mai rilevato, soprannominato Amaterasu, proveniva dalla galassia PKS 1717+177, nota per i suoi potenti getti. Questi eventi sono così energetici che fanno impallidire qualsiasi cosa possiamo creare sulla Terra.
Una violazione delle regole cosmiche?
Tuttavia, la particella OMG mette alla prova la nostra comprensione della fisica. L’universo è pieno del fondo cosmico a microonde, radiazione a bassa energia rimasta dal Big Bang. A velocità vicine alla luce, le particelle incontrano questa radiazione amplificata dall’effetto Doppler. Questo dovrebbe rallentarli o addirittura dividerli in altre particelle.
Eppure, la particella OMG ci è arrivata nonostante questi ostacoli. La soluzione potrebbe essere che non si trattasse di un protone, ma di un nucleo più pesante, come il ferro, che interagisce in modo diverso con lo sfondo cosmico a microonde.
Una finestra sull’universo primordiale
L’esistenza di questi raggi cosmici ad altissima energia dimostra che esistono fonti di energia estreme oltre la nostra galassia. È come dare uno sguardo alla frazione di secondo dopo il Big Bang. L’universo rivela costantemente i suoi segreti e queste particelle sono solo uno dei modi in cui lo fa.
