ASTROPARTICELLE E MESSAGERI COSMICI

L’universo è costantemente attraversato da particelle elementari e subatomiche, che viaggiano nello lo spazio ad altissima velocità. Molte di queste arrivano sulla Terra, portando con sé informazioni molto preziose sui fenomeni astrofisici che le hanno prodotte. Quando si parla di “astroparticelle”, tipicamente si fa riferimento in particolare ai raggi cosmici, particelle di alta energia che arrivano sulla Terra da ogni direzione, composti principalmente da protoni (per il 90% circa), oltre a nuclei di elio (9%) e una percentuale molto piccola di altri nuclei atomici, elettroni e in minima parte antiparticelle. In realtà, solo una piccola parte dei raggi cosmici arriva realmente fino a noi, grazie allo “scudo” fornito dagli atomi dell’atmosfera, che assorbe gran parte della radiazione cosmica (è una fortuna, poiché un’esposizione prolungata alle altissime energie di queste particelle avrebbe effetti letali sui tessuti del nostro organismo).

Rappresentazione artistica di raggi cosmici (© INFN)
Rivelatore dell'esperimento Auger in Argentina (© Pierre Auger Observatory)

I raggi cosmici possono avere un’origine sia galattica sia extragalattica, tuttavia riuscire a determinare con precisione le loro sorgenti astrofisiche non è un’impresa semplice, dal momento che i campi magnetici interstellari possono facilmente perturbare le traiettorie di queste particelle nel loro percorso verso i telescopi terrestri. Si pensa comunque che i più energetici siano prodotti da alcuni tra gli eventi più estremi dell’universo, come esplosioni di supernove o emissioni di nuclei galattici attivi. Gli esperimenti che vanno a caccia di raggi cosmici usano diverse tecniche di rivelazione, spesso indirette, e possono essere sia terrestri sia spaziali. Da circa 20 anni l’INFN partecipa all’esperimento Auger in Argentina, il più esteso osservatorio per lo studio dei raggi cosmici mai costruito, con rivelatori distribuiti su un’area di circa 3000 chilometri quadrati.

Tra le astroparticelle figurano poi i neutrini cosmici, molto difficili da rivelare a causa della loro scarsa capacità di interazione con la materia, ma al tempo stesso portatori di informazioni dirette su alcune delle sorgenti di energia più estreme dell’universo (spesso non accessibili con i telescopi elettromagnetici).
L’esperimento IceCube, al Polo Sud, è da tempo attivo alla ricerca di neutrini astrofisici di altissima energia, mentre è in fase di costruzione nel Mar Mediterraneo il futuro telescopio subacqueo per neutrini cosmici KM3NeT, con un determinante contributo dell’INFN, in particolare con i Laboratori Nazionali del Sud.

Il laboratorio IceCube (© IceCube/NSF, Erik Beiser)