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Raggi cosmici e onde gravitazionali: la ricerca targata AQ

In un articolo che è comparso il 22 settembre sulla rivista Science, la collaborazione Pierre Auger riporta l’evidenza sperimentale che i raggi cosmici provengono dal di fuori della nostra galassia. Hanno contribuito a questa strabiliante scoperta i ricercatori aquilani provenienti dal Dipartimento di Scienze Fisiche e Chimiche dell’Università degli Studi dell’Aquila (DSFC UNIVAQ), dal Gran Sasso Science Institute (GSSI) e dai Laboratori Nazionali del Gran Sasso.

Fin dagli anni 60, quando si è scoperta l’esistenza di raggi cosmici con energie elevatissime (diversi Joules, J), si è speculato sulla loro origine: sono prodotti nella nostra galassia o provengono da galassie lontane? Dopo più di 50 anni, il mistero è stato svelato utilizzando l’osservazione di particelle cosmiche di altissima energia (circa 2 J) registrate con il più grande osservatorio di raggi cosmici mai costruito dall’uomo: l’Osservatorio Pierre Auger in Argentina.

La scoperta

Gli scienziati che analizzano i dati raccolti dall’Osservatorio hanno scoperto che, a queste energie, i raggi cosmici non arrivano in maniera uniforme da tutte le direzioni del cielo, ma che la loro frequenza di arrivo è di circa il 6% maggiore da un lato del cielo rispetto alla direzione opposta, con l’eccesso che si trova a circa 120° dal centro della nostra galassia.

Le particelle prodotte dall’interazione dei raggi cosmici con l’atmosfera terrestre (sciame cosmico) vengono rilevate dall’Osservatorio attraverso la luce Cherenkov che esse producono in alcuni dei suoi 1600 rivelatori, ognuno dei quali contiene 12 tonnellate d’acqua. Questi rivelatori sono distribuiti su una superficie che si estende per 3000 chilometri quadrati situata nell’Argentina occidentale, comparabile, come dimensione, alla nostra Valle D’Aosta. I tempi di arrivo delle particelle ai rivelatori, misurati con il GPS, vengono utilizzati per individuare le direzioni di arrivo degli eventi con una precisione di circa un grado.
Anche se questa scoperta indica chiaramente un’origine extragalattica di queste particelle, le loro sorgenti effettive devono ancora essere individuate. A queste energie, infatti, le particelle vengono deviate di alcune decine di gradi dal campo magnetico galattico rendendo impossibile l’identificazione delle loro sorgenti, ma permettendo di individuare solo la regione di provenienza. Tale regione, però, non può essere associata a sorgenti nel piano o nel centro della nostra galassia per qualsiasi configurazione realistica del campo magnetico galattico.

Eccellenze aquilane

L’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare attraverso le sezioni di Catania, Lecce, Napoli, Milano, Roma Tor Vergata, Torino e il Gran Sasso Science Institute ha contribuito alla realizzazione dell’Osservatorio Pierre Auger e partecipa attivamente al suo programma di aggiornamento.

Tra gli scienziati che costituiscono la collaborazione Pierre Auger vi è un gruppo di ricercatori provenienti dal Dipartimento di Scienze Fisiche e Chimiche dell’Università degli Studi dell’Aquila (DSFC UNIVAQ), dal Gran Sasso Science Institute (GSSI) e dai Laboratori Nazionali del Gran Sasso (LNGS). Questo gruppo svolge un importante ruolo in tutte le attività dell’esperimento, contribuendo attivamente sia alle operazioni di funzionamento dell’Osservatorio che all’analisi dei dati e alla produzione scientifica.

Circa il 15 % degli scienziati che costituiscono la collaborazione Auger sono italiani e la loro partecipazione alle attività di ricerca dell’Osservatorio è possibile grazie al contributo dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, dell’Istituto Nazionale di Astrofisica, e delle Università di L’Aquila, Catania, Milano, “Federico Secondo” di Napoli, Roma Tor Vergata, Salento, Torino, del Politecnico di Milano.

I membri del gruppo sono:
Gioacchino Alex Anastasi – Ph.D GSSI
Denise Boncioli – DSFC UNIVAQ (attualmente presso DESY, Zeuthen, Germania)
Armando di Matteo DSFC UNIVAQ (attualmente presso l’Université Libre de Bruxelles, Belgio)
Aurelio Grillo – LNGS
Giovanni Morlino – Post Doc GSSI
Sergio Petrera – GSSI
Vincenzo Rizi – DSFC UNIVAQ
Francesco Salamida – DSFC UNIVAQ

LIGO-VIRGO: l’astronomia gravitazionale è realtà

Le collaborazioni VIRGO e LIGO – di cui il GSSI è partner – hanno annunciato nell’ambito del G7 Scienza, a Torino, la prima misura congiunta di onde gravitazionali da parte di tutti e tre i rivelatori. Un segnale di onda gravitazionale, prodotta dalla coalescenza di due buchi neri di masse stellari, è stato misurato con inedita precisione dai due rivelatori di LIGO, negli Stati Uniti, e dal rivelatore VIRGO, a Cascina, all’osservatorio EGO dell’INFN e del CNRS francese.

Presente alla conferenza Valeria Fedeli, Ministra dell’Istruzione, dell’Università e della ricerca.
“Con la triangolazione dei dati ricevuti da tre interferometri, è ora possibile individuare con buona precisione la posizione della sorgente dell’onda gravitazionale – afferma Eugenio Coccia, Rettore del GSSI, istituzione che fa parte della collaborazione internazionale LIGO – VIRGO – Questo momento segna una data storica per l’astronomia gravitazionale”

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