Eccesso di positroni: le pulsar sembrano innocenti

La Terra è da sempre colpita da una quantità di anti-materia superiore a quanto dovrebbe avvenire secondo le previsioni teoriche. Ora, un nuovo studio pubblicato su Science potrebbe aiutare a risolvere il mistero di questo "eccesso".
Stefano Pisani, 23 Novembre 2017
Micron
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Giornalista Scientifico

La Terra è costantemente colpita da raggi cosmici che raggiungono il nostro Pianeta dalle profondità dell’Universo. Tra queste particelle, ci sono quelle di antimateria, in particolare “positroni”, controparti degli elettroni della materia “ordinaria”. Tuttavia, la Terra sarebbe bersaglio di un numero “eccessivo” di anti-elettroni, rispetto alle previsioni teoriche. Ora, un nuovo studio potrebbe aiutare a spiegare questa misteriosa discrepanza.
I raggi cosmici sono particelle incredibilmente veloci che vengono emesse dallo spazio remoto ad alta energia.
Nel 2008, la sonda PAMELA ha rilevato un numero di positroni ad alta energia nella nostra porzione di cosmo superiore alle attese. Un team di ricerca internazionale ha analizzato le recenti misure acquisite dall’osservatorio a alta quota di raggi gamma High-Altitude Water Cherenkov (HAWC) in Messico, per verificare l’ipotesi che l’antimateria in eccesso possa essere dovuta alle pulsar. L’osservatorio si trova sul vulcano messicano (estinto) Sierra Negra, a un’altezza di oltre 4100 sul livello del mare.
Le pulsar sono stelle di neutroni capaci, grazie ai loro campi magnetici super-potenti, di concentrare in un raggio particelle cariche. Dalla Terra, le pulsar appaiono come una sorta di luce fissa che pulsa rapidamente. Mentre il raggio che emettono colpisce la polvere e i gas circostanti, il sistema si comporta come un gigantesco acceleratore di particelle, facendo urtare queste ultime le une contro le altre e producendo nuova materia energetica. In questo caotico processo, vengono generati anche elettroni e positroni, che possono essere spazzati lontano dalle onde d’urto prodotte dalle varie collisioni. Questo è quello che si ritiene avvenga teoricamente.
Quando l’osservatorio HAWC ha di recente individuato una coppia di pulsar a poche centinaia di anni luce che erano adatte a tentare di verificare l’ipotesi delle pulsar individuando tracce di positroni energetici, gli scienziati si sono messi all’opera.
“I rivelatori sull’osservatorio sono in grado di registrare le radiazioni gamma emesse, tra gli altri, da un certo tipo di elettroni prodotti dalle pulsar e accelerati da queste fino alle alte energie” spiega Francisco Salesa Greus, dell’Accademia Polacca delle Scienze di Cracovia.
Grazie al suo ampio campo di osservazione, l’osservatorio HAWC è in grado di fornire misurazioni uniche dei profili di raggi gamma molto energetici causati dalla diffusione intorno alle pulsar vicine, il che consente oggi di determinare la rapidità con cui si diffondono le particelle in modo più diretto da quanto si riusciva a fare in passato. “La domanda di base a quel punto era – continua Salesa Greus -: esistono abbastanza elettroni di questo genere per produrre, dopo una serie di interazioni, il numero di positroni che giustificherebbe quelli che riceviamo sul pianeta Terra?”.
Come si legge sulla rivista Science, dopo 17 mesi passati a raccogliere dati e ad analizzarli a fondo, i ricercatori hanno saputo rispondere a questa domanda: no. Le pulsar erano sì responsabili della produzione di alcuni positroni ad altissima energia, ma la cifra imputabile a questa causa era troppo piccola per poter spiegare la “tempesta” positronica che investe la Terra. Le misure raccolte da HAWC hanno assolto dunque le pulsar, note come Geminga e PSR B0656+14 (rispettivamente a circa 800 e a oltre 900 anni luce dalla Terra), le quali, sebbene abbiano l’età e la distanza giuste da spiegare la quantità di positroni osservata, sono circondate da materia che si sta allontanando da loro a una velocità insufficiente, una spessa nube che non permetterebbe la propagazione libera dei positroni.
“Poiché il contributo delle pulsar nella generazione di positroni ad alta energia si è rivelato così modesto, possono esserci spiegazioni più probabili” ha commentato Sabrina Casanova, dell’Istituto di Fisica Nucleare dell’Accademia Polacca delle Scienze. Una delle spiegazioni tira in ballo il decadimento delle particelle massicce di materia oscura. Si tratterebbe di un’idea molto interessante, soprattutto perché potrebbe aiutare a comprendere meglio le proprietà di questa ipotetica materia esotica dell’Universo, che pure ne costituirebbe un quarto della massa complessiva.

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