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Fermi, la missione satellitare della Nasa alla quale l'Italia partecipa con l'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, l'Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) e l'Agenzia Spaziale Italiana (ASI), ha registrato nei raggi cosmici un eccesso di elettroni di altissima energia rispetto a quello che i ricercatori si aspettavano. Potrebbe trattarsi del prodotto di una sorgente astrofisica di particelle particolarmente potente ed energetica (come una pulsar), vicino a noi ma ancora sconosciuta. Potrebbe però anche essere un nuovo segnale di materia oscura, dopo quello che sembra essere stato osservato dall'esperimento orbitante Pamela (a guida italiana) e i cui risultati sono stati recentemente pubblicati da Nature.

La scoperta degli elettroni in eccesso realizzata dalla collaborazione Fermi è stata pubblicata sulla prestigiosa rivista scientifica americana Physical Review Letters. Il risultato è stato ottenuto grazie al fondamentale contributo del gruppo di ricerca italiano di Fermi. I nostri ricercatori, utilizzando in maniera innovativa il rivelatore LAT (Large Area Telescope) collocato a bordo del satellite, hanno misurato con grandissima precisione la distribuzione del flusso di elettroni che arrivano fino a noi in funzione della loro energia, cioè il loro spettro. Gli elettroni, a differenza degli altri raggi cosmici, perdono molta parte della loro energia durante il loro viaggio nella galassia interagendo con i campi magnetici e la radiazione interstellare. Dal momento che non conosciamo sorgenti di particelle energetiche molto vicine a noi, il flusso sarebbe dovuto essere prevalentemente "soffice", cioè particolarmente ricco di elettroni di bassa energia. Invece non è accaduto: lo spettro degli elettroni osservato dai ricercatori di Fermi ha un'abbondante componente di altissima energia (che arriva fino a 1 TeV, cioè mille miliardi di elettronVolt).

Questo studio, oltre a toccare problematiche tradizionali di astrofisica (come l’origine, la propagazione e l'interazione dei raggi cosmici con il materiale interstellare, e i campi magnetici e di radiazione che permeano la nostra galassia), è destinato sopratutto ad aprire una nuova frontiera di discussione sulla nostra conoscenza e comprensione dell’universo. "La misura dello spettro degli elettroni- spiega Ronaldo Bellazzini ricercatore dell'INFN che coordina il gruppo italiano - ha caratteristiche sorprendenti e inaspettate e richiede di modificare il modello convenzionale di origine e propagazione degli elettroni dei raggi cosmici". "Una possibile chiave di lettura dei dati registrati da Fermi - prosegue Bellazzini - è che l’eccesso di elettroni di alta energia sia dovuto alla loro copiosa produzione nel processo di annichilazione della materia oscura che permea la nostra galassia. Va però detto che, anche se questo è del tutto plausibile ed eccitante, rimane ancora molto ipotetico. Questa interpretazione, infatti, si potrà prendere in considerazione in maniera più solida solo quando tutte le altre spiegazioni, basate su un universo così come lo abbiamo conosciuto fino ad ora, dovessero fallire: insomma, se non troveremo una pulsar nel giardino di casa, cioè molto vicino alla Terra, cominceremo a pensare alla materia oscura".

"Effettivamente di pulsar nuove, mai rivelate prima nelle frequenze radio ed inoltre piuttosto vicine, se ne sono già scoperte almeno un paio", dice Patrizia Caraveo, responsabile INAF per Fermi. "Non è quindi escluso che siano loro le responsabili del surplus di elettroni, un risulato comunque interessante e da seguire con attenzione", conclude Caraveo.

La scoperta è stata possibile grazie alla misura dello spettro degli elettroni, eseguita con una precisione senza precedenti dal LAT. Progettato e realizzato con un contributo essenziale della collaborazione italiana, il LAT è un rivelatore di raggi gamma, cioè di fotoni di alta energia. Per evitare che altre particelle molto più abbondanti dei fotoni gamma inquinino il segnale, il LAT è stato dotato di uno schermo in grado di rigettare le particelle che non sono fotoni e che hanno un'energia inferiore ai 20 GeV. Lo schermo quindi non blocca le particelle di energia superiore a questa soglia perché si è ritenuto che il loro studio potesse essere comunque interessante. Questa misura dello spettro degli elettroni è stata quindi realizzata utilizzando i dati registrati dallo strumento in un modo innovativo perché, invece di studiare i fotoni gamma, i ricercatori hanno analizzato in modo estremamente accurato i segnali di tutte quelle particelle che non sono state bloccate dallo schermo in virtù della loro alta energia.