Ogni undici anni, il Sole raggiunge il suo periodo di massima attività: passa da uno stato calma a un periodo di intense emissioni energetiche, per poi tornare allo stato di quiete. La variabilità dell’attività del Sole ha un effetto misurabile in termini di energia, intensità e direzionalità sulle particelle cariche che dalla galassia entrano nella sfera di influenza solare, l’eliosfera. E l’Alpha Magnetic Spectrometer (AMS-02), un rivelatore di particelle installato all’esterno della Stazione Spaziale Internazionale, ha potuto verificare questi effetti attraverso l’analisi di circa 200 miliardi di raggi cosmici raccolti nel corso di un intero ciclo solare, dal maggio 2011 al novembre 2022. Due studi pubblicati recentemente sulla rivista Physical Review Letters presentano i risultati dell’indagine, comprensiva di circa 50.000 misure della variabilità dell’abbondanza di undici differenti tipi di raggi cosmici.
“Le misure di AMS forniscono per la prima volta un quadro completo degli effetti che l’attività solare ha sui raggi cosmici, evidenziando differenze marcate tra le particelle” osserva Valerio Formato, ricercatore INFN e tra i principali autori di una delle due pubblicazioni. “In un articolo abbiamo analizzato la variazione nel tempo del flusso di elettroni, positroni (l’antiparticella degli elettroni), protoni e antiprotoni, e abbiamo individuato una correlazione tra particelle dello stesso segno, cioè tra protoni e positroni, e tra elettroni e antiprotoni. Mentre un inaspettato ritardo, o isteresi, è stato trovato per particelle con carica opposta, e ricondotto alle differenti traiettorie che i raggi cosmici hanno nell’eliosfera”.
L’altro articolo ha esaminato sette differenti nuclei presenti nei raggi cosmici – elio, litio, berillio, boro, carbonio, azoto e ossigeno – e ne ha misurato la modulazione solare, ovvero i cambiamenti in energia e intensità durante il ciclo solare. “Abbiamo osservato che i flussi di queste sette specie nucleari subiscono tutti una simile variazione nel tempo, ma l’intensità di questa variazione differisce, perché dipende dalla forma spettrale dei nuclei. Questa proprietà è legata all’origine della particella e alle condizioni che ha incontrato durante la sua propagazione, ed è stata osservata per la prima volta nei nuclei cosmici”, conclude Formato.
“I dati pubblicati da AMS sulla variazione nel tempo dei flussi di numerose specie di raggi cosmici costituiscono un insieme di misure senza precedenti. Questa enorme banca dati ci aiuterà a estrapolare informazioni inedite sulla natura e l’origine dei raggi cosmici e sulla loro propagazione nello spazio, e fornirà una base solida per lo studio della fisica dell’eliosfera”, afferma il coordinatore nazionale dell’esperimento Alberto Oliva, ricercatore INFN. “Inoltre, la comprensione dei meccanismi di propagazione dei raggi cosmici nell’eliosfera darà un contributo fondamentale alla meteorologia spaziale e allo sviluppo di approcci innovativi per la tutela della salute degli astronauti, inevitabilmente e continuamente esposti alla radiazione cosmica nello spazio” aggiunge Valerio Vagelli, responsabile del programma dell’Agenzia Spaziale Italiana (ASI) per la partecipazione italiana alle operazioni e allo sfruttamento scientifico dei dati della missione AMS.
La collaborazione AMS sta progettando un upgrade dell’esperimento, che sarà installato durante una serie di operazioni extraveicolari internazionali nel 2026. L’upgrade permetterà di implementare il campo visivo dello strumento, e quindi di incrementare in maniera significativa il numero di particelle osservate, con la possibilità di ricercare anche particelle estremamente rare, ancora non osservate nei raggi cosmici.
AMS è una collaborazione internazionale che coinvolge 44 istituzioni di America, Europa e Asia, ed è sostenuta dal DOE Department of Energy statunitense e dalla NASA. L’INFN e l’ASI hanno svolto – e continueranno a svolgere anche in fase di potenziamento – un ruolo di primo piano nella progettazione e realizzazione di tutto lo strumento, e supportano i gruppi italiani nelle loro attività operazionali e di analisi dati. Le ricercatrici e i ricercatori italiani delle sedi dell’INFN, dell’ASI, e delle Università di Bologna, Milano Bicocca, Perugia, Pisa, Roma Sapienza, Roma Tor Vergata e Trento sono responsabili della realizzazione, del mantenimento e delle operazioni dei principali strumenti di bordo, e partecipano in prima persona all’analisi scientifica dei dati raccolti dallo strumento. I dati pubblicati dalla collaborazione AMS dall’inizio delle operazioni sono resi disponibili alla comunità scientifica tramite il Cosmic Ray Database, ospitato dallo Space Science Data Center dell’ASI.
