RICERCA ITALIANA     

Studio della radiazione cosmica di altissima energia tramite misure ed analisi delle direzioni di arrivo delle particelle primarie: ricerca di sorgenti, identificazione della transizione tra la radiazione galattica ed extragalattica, origine, propagazione, interazioni.

Università degli Studi di Torino

Abstract

La nostra conoscenza sulla origine della radiazione cosmica, soprattutto alle piu' alte energie, pur essendo cruciale per lo sviluppo della fisica astroparticellare, e' ancora limitata e necessita di nuovi dati ed approcci sperimentali.
La presente ricerca si propone di affrontarne lo studio con una metodologia innovativa: la misura ed analisi delle direzioni di arrivo delle particelle primarie. Queste misure sono state sviluppate nel passato, ma non avevano finora portato informazioni fisiche conclusive, soprattutto a causa delle limitazioni statistiche degli esperimenti operanti alle alte energie.
La vera novita' e' ora rappresentata dai risultati della Collaborazione Auger, che ha osservato una significativa correlazione tra le direzioni di arrivo degli eventi di piu' alta energia (E>6.10^19 eV) e la posizione degli AGN localizzati fino a distanze di 75-100 Mpc (in parallelo lo stesso esperimento ha confermato la soppressione dello spettro al di sopra di queste energie, dovuto alle interazioni dei primari con la radiazione del fondo cosmico per distanze maggiori di quelle osservate nelle correlazioni).
Questo apre prospettive nuove, quali: a) estendere le osservazioni e approfondire le correlazioni con oggetti e strutture con distribuzione compatibili, per verificare che proprio gli AGN ne siano gli acceleratori (la scala angolare delle correlazioni estendendosi fino a ca 6 gradi); b) sviluppare analisi su vaste bande >>>

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

Gianni Maria Navarra Università degli Studi di TORINO

Obiettivo del Programma di Ricerca

Obiettivo della presente ricerca e' lo studio delle sorgenti dei raggi cosmici di altissima energia, sia di quelle "galattiche", che di quelle "extragalattiche" alle energie estreme dello spettro. Si vogliono definire le regioni energetiche dominate rispettivamente dalle radiazioni di diversa origine, identificando le possibili sorgenti, e le caratteristiche fondamentali della propagazione delle particelle primarie, quali la interazione con la radiazione di fondo cosmico e con i campi magnetici galattici ed extragalattici.

L'informazione che si deriverera' e la sua metodologia, sono completamente nuove, essendo basate sullo studio delle direzioni di arrivo delle particelle primarie e sulla identificazione delle anisotropie di natura diversa (correlazioni con strutture od oggetti astrofisici, autocorrelazioni, anisotropie su vasta scala).
Il punto di partenza veramente nuovo e' la recente osservazione da parte della collaborazione Auger della correlazione fra le direzioni di arrivo degli eventi di piu' alta energia (oltre 6.10^19 eV) e le posizioni dei nuclei galattici attivi localizzati a distanze fino a 75-100 Mpc.

La base della attivita' e' quindi di natura sperimentale, puntando ad ottenere il massimo della informazione (sia dal punto di vista dell'apparato che delle tecniche di analisi) dal rivelatore di Auger-Sud (oltre 10^18 eV) attualmente in operazione (e che sara&apos >>>

Risultati parziali attesi

L' origine delle particelle di alta energia della radiazione cosmica rappresenta un problema vivo da molti anni nei campi della astrofisica e della fisica fondamentale.
La sorgente dell'energia, i meccanismi di trasferimento a singole particelle, la propagazione delle particelle stesse nello spazio coinvolgono problemi sia di astrofisica che di fisica fondamentale.
L'esperimento Auger ha, su questa strada, portato ad un primo risultato significativo: la identificazione della correlazione tra le direzioni di arrivo dei raggi cosmici di piu' alta energia e la posizione dei nuclei galattici attivi (AGN) localizzati a distanze inferiori a 75- 100 Mpc.

L'informazione che ci si propone di ottenere con la presente ricerca parte da questa osservazione, ed e' completamente innovativo rispetto a quanto ottenuto con le metodologie storiche nello studio della radiazione particellare di alta energia.
Essa integrera' in modo determinante i risultati (che peraltro sono riportati dagli stessi esperimenti Auger e KASCADE-Grande che rappresentato gli strumenti base della ricerca in discussione) e che consistono nella misura dello spettro energetico e della composizione chimica dei primari.

La attivita' proposta consiste infatti nello studio delle direzioni di arrivo di queste particelle, studio che correla direttamente la direzione di arrivo e la energia dei singoli eventi con la posizione delle >>>

Durata

24 mesi

Base di partenza scientifica nazionale o internazionale

Lo spettro energetico dei raggi cosmici si estende fino a 10^20 eV, ed in particolare eventi in eccesso di 10^20 eV sono stati osservati da esperimenti diversi realizzati con tecniche diverse: Linsley (1963), Fly's Eye (Bird, 1995), Hires (Abbasi, 2005), AGASA (Yoshida, 1995), Auger Coll (2007).
E questo indipendentemente dal fatto che tecniche diverse e metodologie diverse implichino, per questi eventi estremi, diverse calibrazioni dell'energia e quindi diversi flussi (e.g. Nagano Watson 2000).
La identificazione dei possibili processi di accelerazione e delle possibili sorgenti astrofisiche e' stato posto fin dalle prime osservazioni (Hillas 1984) con argomenti molto generali, e da queste risultano certamente favoriti oggetti extragalattici quali nuclei galattici attivi, lobi di radiogalassie, lo stesso spazio intergalattico.
In parallelo, da molti anni, e' stato evidenziato che primari provenienti da distanze oltre 100 Mpc ed energia oltre 6.10^19 eV sarebbero fortemente attenuati a seguito delle interazioni con il CMB (Greisen 1966, Zatsepin e Kuzmin 1966).
La scarsa frequenza di questi eventi (inferiore ad un evento per km^2 per secolo) e le difficolta' di stimare le energie primarie hanno portato solo di recente (Auger 2007, HiRes 2005) alla identificazione di una soppressione nello spettro energetico primario compatibile con quanto atteso in base a questo effetto.

D'altronde la possibilita&apos >>>