Il Calorimetric Electron Telescope (CALET) è una missione della JAXA in collaborazione con NASA e Agenzia Spaziale Italiana per l’osservazione di raggi cosmici di alta energia fino alla scala energetica dei multi-TeV (“tera-electronvolt”), con l’obiettivo di esplorare con precisione le proprietà dei raggi cosmici in una finestra di energia altrimenti inaccessibile. Operativo sulla Stazione Spaziale Internazionale dal 2015, CALET è un apparato sperimentale dotato di un calorimetro omogeneo (a cristalli di piombo-tungstato) di grande spessore, ottimizzato per la rilevazione di elettroni, ma anche in grado di eseguire contemporaneamente misure accurate degli spettri energetici dei protoni e dei singoli elementi chimici presenti nel flusso dei raggi cosmici fino al ferro e al nickel.
La collaborazione CALET (Giappone, Stati Uniti, Italia) ha annunciato il suo ultimo risultato scientifico con la pubblicazione della misura dello spettro dei protoni su Physical Review Letters [Phys. Rev. Lett 129, 101102 (2022)]. L'analisi si basa sui dati raccolti durante ∼6.2 anni di presa dati a bordo della ISS, con una estensione dell’intervallo di energie esplorato a 60 TeV e un aumento di un fattore 2.2 della statistica complessiva rispetto alla precedente misura [Phys. Rev. Lett 122, 181102 (2019)] nell’intervallo da 10 GeV a 10 TeV.
CALET conferma la presenza di un progressivo “hardening” (incremento) spettrale al di sopra di alcune centinaia di GeV con un'elevata significatività (più di 20 sigma). Nella regione dei multi-TeV è stata rilevata una seconda caratteristica spettrale con l'osservazione di un “softening” (decremento) dello spettro intorno ai 10 TeV e una variazione dell'indice spettrale da -2.6 a -2.9 in accordo, entro le incertezze sperimentali, con l'andamento riportato dalla missione DAMPE su satellite.
“La riduzione osservata del flusso di protoni al di sopra di 10 TeV aggiunge un’informazione molto importante al puzzle degli spettri dei raggi cosmici. È stato infatti riscontrato che essi si discostano dai modelli che prevedono una dipendenza da una singola legge di potenza. Questo nuovo risultato è stato reso possibile grazie allo sviluppo di strumenti spaziali che utilizzano tecniche calorimetriche in grado di estendere l’intervallo di energia osservabile alla regione inesplorata al di sopra della scala del TeV” commenta Pier Simone Marrocchesi dell’Università di Siena, responsabile della partecipazione italiana a CALET.
Lo studio accurato dello spettro dei protoni, la specie di raggi cosmici più abbondante, è di fondamentale importanza per lo sviluppo di modelli teorici alla ricerca di un quadro coerente dei meccanismi di accelerazione e propagazione di tutte le specie di raggi cosmici nella Galassia, compresa la eventuale presenza di una o più sorgenti locali. Una possibilità aperta dalle nuove osservazioni è che lo spettro dei protoni possa essere il risultato di una sovrapposizione di due componenti con diverse dipendenze energetiche e, dunque, probabilmente di diversa origine.
“Questo risultato indica chiaramente la necessità di riconsiderare ed aggiornare i modelli attuali che descrivono i meccanismi di origine, accelerazione e propagazione dei raggi cosmici” aggiunge Valerio Vagelli, responsabile di programma ASI per la missione CALET. “La collaborazione CALET ha già pubblicato importanti risultati sugli spettri di elettroni, protoni, nuclei leggeri, ferro e nickel e sulle abbondanze degli elementi trans-Fe con numero atomico fino a 40, e questa ultima pubblicazione conferma nuovamente la rilevanza unica che questa missione, con una forte partecipazione di scienziati italiani, ricopre nel panorama scientifico internazionale.”
Un prolungamento della missione fino alla fine del 2024 è già stato approvato da JAXA ed è allo studio la possibilità di una ulteriore estensione fino alla fine del periodo di operatività della ISS.
Foto: CALET sulla piattaforma esterna JEM-EF della Stazione Spaziale Internazionale.
