I raggi cosmici sono particelle cariche energetiche che permeano la nostra galassia. Guidati dai campi magnetici interstellari raggiungono anche il Sistema Solare e la Terra attraversando l’eliosfera, regione dello spazio definita dal vento solare che si estende dal Sole fino allo spazio interstellare.

Il flusso di raggi cosmici è dominato da particelle e nuclei carichi positivamente, come protoni e nuclei di elio.  Gli elettroni sono le particelle cariche negativamente più abbondanti, e rappresentano dunque una sonda unica per comprendere i differenti meccanismi di propagazione dei raggi cosmici con carica positiva e negativa, in particolare per quanto riguarda la loro interazione con il vento solare e con l’eliosfera.  Gli elettroni sono, tuttavia, una specie rara dei raggi cosmici e la nostra comprensione di questi dettagli è stata, fino a oggi, oscurata dai limiti degli strumenti utilizzati in passato per la loro misura.

L’esperimento Alpha Magnetic Spectrometer (AMS-02) sulla Stazione Spaziale Internazionale grazie alla sua grande accettanza ha invece la possibilità di studiare i flussi di elettroni su base giornaliera e ha recentemente pubblicato la misura ad oggi più precisa delle strutture temporali osservate nei flussi di elettroni nei raggi cosmici.

“I recenti risultati di AMS-02 mostrano chiaramente che i flussi di elettroni hanno evoluzioni temporali caratteristiche con periodi di 27 giorni, 13,5 giorni e 9 giorni”, riporta Andrea Contin, professore ordinario del Dipartimento di Fisica e Astronomia dell’Università di Bologna e responsabile scientifico INFN dell’Accordo tra ASI e INFN per la partecipazione italiana alla missione AMS-02. “Analizzando i dati raccolti da AMS-02 su un ciclo solare di undici anni non solo abbiamo ottenuto l’evidenza che i flussi di elettroni mostrano variazioni temporali distintamente diverse dai flussi di protoni, ma anche che, inaspettatamente, esiste una relazione di complessa correlazione tra i flussi delle specie di raggi cosmici positivi e negativi più abbondanti, ovvero protoni e elettroni. Queste sono osservazioni che possono fornire informazioni uniche sul ruolo che gioca il segno della carica delle particelle nel loro trasporto in eliosfera. Solo grazie a uno spettrometro magnetico operato nello spazio, come AMS-02, è possibile misurare il segno della carica dei raggi cosmici e dunque poter ottenere questi risultati”.

La misura, basata sull’analisi di circa 200 milioni di elettroni raccolti da AMS-02 durante un intero ciclo solare di 11 anni, è stata pubblicata dalla Collaborazione AMS-02 sulla rivista Physical Review Letters dell’American Physics Society.

La recente pubblicazione estende i risultati della campagna di misure di precisione delle evoluzioni temporali su scala giornaliera delle specie di flussi di raggi cosmici già intrapresa da AMS-02 con i risultati relativi ai protoni e nuclei di elio. “La misura relativa al flusso di elettroni è un traguardo importante per estendere la nostra comprensione delle proprietà di questa specie di raggi cosmici, e che conferma le potenzialità dello strumento AMS-02 oltre il suo consolidato programma di scienza principalmente mirato alla ricerca di frontiera della fisica fondamentale nello spazio.” Aggiunge Valerio Vagelli, ricercatore e Program Manager ASI per la partecipazione italiana alla missione AMS-02. “Questo ultimo risultato di AMS-02 fornisce infatti informazioni uniche per comprendere i meccanismi fondamentali di trasporto dei raggi cosmici all’interno dell’eliosfera. Questi rappresentano uno dei principali rischi per la salute degli astronauti nello spazio, e le misure di AMS-02 sono quindi anche strumentali per migliorare i modelli e le previsioni sulla esposizione alla radiazione cosmica da parte degli astronauti durante le missioni di esplorazione spaziale, e dunque per consolidare le strategie e le contromisure all’inevitabile presenza di radiazioni nello spazio per abilitare l’esplorazione umana dello spazio profondo”.

AMS è una missione DOE (USA) sponsorizzata da NASA, in operazione sulla Stazione Spaziale Internazionale da Maggio 2011, e a cui l’Italia partecipa con il supporto di ASI e ricercatori dell’Università e delle Sezioni INFN di Bologna, Milano Bicocca, Perugia, Roma Sapienza, Roma Tor Vergata, Pisa, Trento e di ASI.

Link alla pubblicazione open access

Link a Physics Viewpoint

Crediti immagine: NASA, elaborazione Maura Graziani