A volte, il posto migliore per nascondere un segreto è in bella vista. “Il Sole è più sorprendente di quanto pensassimo,” ha affermato Mehr Un Nisa, ricercatore associato post-dottorato presso la Michigan State University. “Pensavamo di avere compreso questa stella, ma non è così“. Nisa, che presto entrerà a far parte della facoltà della MSU, è l’autore di un nuovo articolo pubblicato su Physical Review Letters che descrive in dettaglio la scoperta della luce a più alta energia mai osservata proveniente dal Sole. Il team internazionale che ha effettuato la scoperta ha anche rilevato che questo tipo di luce, noto come raggi gamma, è sorprendentemente brillante. Cioè, ce n’è più di quanto gli scienziati avessero previsto in precedenza.
Sebbene la luce ad alta energia non raggiunga la superficie terrestre, questi raggi gamma creano firme rivelatrici che sono state rilevate da Nisa e dai suoi colleghi che lavorano con l’High-Altitude Water Cherenkov Observatory, HAWC. Finanziato dalla National Science Foundation e dal National Council of Humanities Science and Technology, HAWC è una parte importante della ricerca. Oltre a funzionare in modo diverso dai telescopi convenzionali, HAWC ha un aspetto molto diverso: utilizza una rete di 300 grandi serbatoi d’acqua, ciascuno riempito con circa 200 tonnellate d’acqua. La rete è incastonata tra due picchi vulcanici dormienti in Messico. Dal punto di osservazione privilegiato, può osservare le conseguenze dei raggi gamma che colpiscono l’aria nell’atmosfera. Tali collisioni creano quelli che vengono chiamati sciami d’aria, che sono un po’ come esplosioni di particelle impercettibili ad occhio nudo, spiega in una nota la Michigan State University. L’energia del raggio gamma originale viene liberata e ridistribuita tra nuovi frammenti costituiti da particelle di energia inferiore e luce. Sono queste le particelle – e le nuove particelle che creano mentre scendono – che HAWC può “vedere”.
Quando le particelle dello sciame interagiscono con l’acqua nelle vasche di HAWC, creano quella che è nota come radiazione Cherenkov che può essere rilevata con gli strumenti dell’osservatorio. Nisa e i suoi colleghi hanno iniziato a raccogliere dati nel 2015. Nel 2021, il team aveva accumulato dati sufficienti per iniziare a esaminare i raggi gamma del Sole con sufficiente attenzione. “Dopo aver esaminato 6 anni di dati, è saltato fuori questo eccesso di raggi gamma,” ha spiegato Nisa. “Quando l’abbiamo visto per la prima volta, ci siamo detti, ‘Abbiamo fatto un pasticcio. Il Sole non può essere così luminoso a queste energie’.”
Il Sole emette molta luce che copre una gamma di energie, ma alcune sono più abbondanti di altre. Ad esempio, attraverso le sue reazioni nucleari, la nostra stella fornisce parecchia di luce visibile, cioè la luce che vediamo. Questa forma di luce trasporta un’energia di circa 1 elettronvolt, che è un’utile unità di misura in fisica. I raggi gamma osservati da Nisa e dai suoi colleghi avevano circa 1 trilione di elettronvolt, o 1 teraelettronvolt, abbreviato in 1 TeV. Non solo questo livello di energia era sorprendente, ma lo era anche il fatto che ne osservassero così tanta.
Negli anni ’90, gli scienziati avevano ipotizzato che il Sole potesse produrre raggi gamma quando i raggi cosmici ad alta energia – particelle accelerate da una centrale elettrica cosmica come un buco nero o una supernova – si schiantano contro i protoni nel Sole. Sulla base di ciò che si sapeva sui raggi cosmici e sulla stella, però, i ricercatori hanno anche ipotizzato che sarebbe stato raro vedere questi raggi gamma raggiungere la Terra. A quel tempo, però, non esisteva uno strumento in grado di rilevare raggi gamma ad alta energia e non ci sarebbe stato per un po’. La prima osservazione di raggi gamma con energie di oltre un miliardo di elettronvolt è arrivata dal telescopio spaziale Fermi Gamma-ray nel 2011.
Negli anni successivi, la missione Fermi ha dimostrato non solo che questi raggi potevano essere molto energetici, ma anche che ce n’erano circa 7 volte di più di quanto gli scienziati si aspettassero inizialmente. Sembrava inoltre che ci fossero ancora raggi gamma da scoprire a energie ancora più elevate. Quando un telescopio viene lanciato nello Spazio, c’è un limite a quanto grandi e potenti possono essere i suoi rivelatori. Le misurazioni del telescopio Fermi dei raggi gamma del Sole hanno raggiunto un massimo di circa 200 miliardi di elettronvolt.
Poi è entrato in scena HAWC: ora, per la prima volta, il team ha dimostrato che le energie dei raggi del Sole si estendono nella gamma dei TeV, fino a quasi 10 TeV, che sembra essere il massimo, ha spiegato Nisa.
Attualmente, la scoperta crea più domande che risposte. Gli scienziati solari si gratteranno la testa, cercando di capire come esattamente questi raggi gamma raggiungano energie così elevate e quale ruolo giochino i campi magnetici del Sole in questo fenomeno, ha affermato Nisa. “HAWC sta ampliando la conoscenza della nostra galassia alle più alte energie, e sta sollevando domande sul nostro stesso Sole,” ha concluso Nisa. “Ci fa vedere le cose sotto una luce diversa. Letteralmente“.
