Un acceleratore cosmico di particelle: la galassia Centaurus A a una distanza di circa 13 milioni di anni luce dalla Terra
Il 1 luglio 2019, 40 istituti di ricerca di nove paesi hanno firmato un accordo per la creazione di una collaborazione internazionale finalizzata al progetto di un nuovo osservatorio per raggi gamma a grande campo di vista in Sud America sulla catena delle Ande, a un'altitudine di circa 4.500 metri. I paesi fondatori del R&D Southern Wide-field of view Gamma-ray Observatory (SWGO) sono Argentina, Brasile, Repubblica Ceca, Germania, Italia, Messico, Portogallo, Regno Unito e Stati Uniti. SWGO riunisce diverse comunità che erano già coinvolte in ricerca e sviluppo in questo campo, provenendo da esperimenti in corso e da nuovi progetti. Per l’Italia partecipa un consorzio di università che comprende gruppi di ricerca di Bari, Catania, Politecnico di Milano, Padova, Perugia, Roma Tor Vergata, Siena, Torino, Trieste, Udine, Venezia IUAV; a questi si stanno aggiungendo altri enti nazionali.
Il campo di vista ad alte energie da parte del rivelatore HAWC, attualmente operativo, e del nuovo rivelatore SWGO. Foto: Richard White, Istituto Max Planck di Heidelberg
I raggi gamma sono particelle di luce miliardi di volte più energetiche della luce visibilee ci permettono di rispondere ad alcune delle domande più profonde sul nostro Universo, sondandone i fenomeni e gli ambienti più estremi: dall'origine dei raggi cosmici ad alta energia all’esplorazione delle frontiere della fisica alla ricerca di particelle di materia oscura e di deviazioni dalla teoria della relatività di Einstein. Secondo l’astrofisico romano Marco Tavani “la posizione dell’osservatorio nell'emisfero sud è ottimale e permetterà di osservare direttamente la regione più interessante della nostra galassia: il centro galattico, che ospita un buco nero supermassiccio quattro milioni di volte più pesante del Sole”. L’osservatorio avrà un grandissimo campo di vista, più di metà del cielo visibile: questa è una condizione ideale per la ricerca di fenomeni inattesi, di sorgenti transitorie e di emissioni da regioni estese del cielo. Tra queste le cosiddette “bolle di Fermi”, strutture di dimensioni confrontabili con la Via Lattea, e gli aloni che ospitano la materia oscura. “Il nuovo osservatorio sarà un potente esploratore nel dominio del tempo, e riempirà una lacuna nella rete globale multi-messaggero di osservatori di onde elettromagnetiche, gravitazionali e di neutrini. Sarà anche in grado di avvisare gli altri telescopi comandando il loro puntamento verso le sorgenti di fenomeni improvvisi e sarà complementare al grande telescopio Cherenkov di prossima generazione, CTA” spiega l’astrofisico padovano Alessandro De Angelis, coordinatore della rete di università italiane che partecipa al progetto.
Due tecniche complementari di osservazione di raggi gamma a terra. Fonte: A. Albert e collaboratori, arXiv:1902.08429
Il nuovo osservatorio SWGO sarà basato sulla tecnologia degli attuali rilevatori di sciami atmosferici di particelle e raggi cosmici in alta quota, entrambi collocati nell’emisfero settentrionale: HAWC in Messico e LHAASO in Cina. Verranno però anche esplorate nuove tecnologie per aumentare la sensibilità e abbassare la soglia di energia dello strumento, in particolare fotorivelatori a stato solido, elettroniche veloci, e rivelatori di posizione, tecnologie in cui l’Italia è leader.
Le prime emissioni di raggi gamma ad altissima energia, superiori a 30 GeV, sono state osservate solo 30 anni fa, in provenienza dalla nebulosa del Granchio. Fino ad ora sono stati identificati circa 5.000 acceleratori cosmici che emettono raggi gamma a energie superiori a 30 MeV, e circa 200 di essi emettono oltre 30 GeV (il doppio dell’energia dell’acceleratore LHC al CERN di Ginevra). Molte sorgenti galattiche ed extragalattiche presentano variabilità; la durata dei loro “lampi” va da pochi secondi a minuti, ore o persino giorni. Lo studio di tali fenomeni variabili richiede strumenti come SWGO, in grado di monitorare in modo continuo ampie porzioni di cielo, e operare in un contesto multi-messaggero con telescopi di neutrini e onde gravitazionali.
All’università di Padova interessa sviluppare l'uso di sensori di luce al silicio di nuova generazione, ideati dall'Istituto di Fisica Nucleare in collaborazione con la Fondazione Bruno Kessler di Trento. Attraverso un uso diffuso di questo rivelatori, ci si aspetta di ricostruire gli eventi cosmici in maniera innovativa con maggiore sensibilità che in passato. La prima riunione generale della collaborazione internazionale sarà organizzata dall'università di Padova il 30 e 31 ottobre 2019.
