Gli scienziati hanno identificato in modo definitivo una sorgente nella Via Lattea in grado di accelerare i protoni fino a raggiungere alcune delle energie più elevate conosciute nella nostra galassia. La scoperta potrebbe aiutare i ricercatori a comprendere meglio i raggi cosmici, le particelle estremamente veloci che viaggiano nello spazio interstellare e influenzano gli eventi in tutta la galassia.
I raggi cosmici sono costituiti principalmente da protoni, insieme a un numero molto minore di elettroni. Alcuni raggiungono energie superiori a quelle prodotte dagli acceleratori di particelle costruiti dall’uomo. Il Large Hadron Collider, al confine tra Svizzera e Francia, può accelerare i protoni a velocità prossime a quella della luce, ma gli acceleratori naturali presenti nello spazio possono spingere le particelle a livelli di energia ancora più estremi.
Un team di ricerca internazionale guidato dall’Università di Hiroshima ha confermato l’esistenza dell’acceleratore galattico, combinando le osservazioni di tre importanti osservatori terrestri e spaziali. I risultati sono stati pubblicati su The Astrophysical Journal il 16 luglio 2026.
Un acceleratore naturale dalla potenza straordinaria
“Questa immensa energia rende i raggi cosmici importanti in astronomia e astrofisica”, ha affermato Tsunefumi Mizuno, primo autore e autore corrispondente dello studio, professore associato presso il Centro di Scienze Astrofisiche di Hiroshima dell’Università di Hiroshima.
L’energia dei raggi cosmici si misura in elettronvolt, un’unità che descrive l’energia che un elettrone acquisisce quando il suo potenziale elettrico aumenta di un volt.
“L’energia più elevata dei raggi cosmici galattici può raggiungere e superare un quadrilione (10¹⁵) di elettronvolt, ovvero un petaelettronvolt (PeV). Trovare un acceleratore di protoni di raggi cosmici al di sopra di questo livello di PeV, chiamato PeVatron di protoni, è uno degli argomenti più interessanti dell’astrofisica moderna, e noi abbiamo identificato un oggetto di questo tipo, precedentemente noto come LHAASO J1912+10¹⁴u.”
Un PeVatron di protoni è un acceleratore cosmico naturale in grado di spingere i protoni oltre la soglia del PeV. Identificare questi oggetti è difficile perché gli scienziati devono distinguere i segnali prodotti dai protoni da quelli creati da elettroni ad alta energia.
I raggi gamma hanno indicato un possibile PeVatron
L’esperimento Tibet AS gamma, condotto congiuntamente da Giappone e Cina dal 1990, e il Large High Altitude Air Shower Observatory (LHAASO) cinese hanno rilevato decine di sorgenti di raggi gamma con energie superiori a 0,1 PeV. Una di queste sorgenti è LHAASO J1912+1014u.
I raggi gamma sono la forma più energetica di radiazione elettromagnetica. Possono essere prodotti quando le particelle dei raggi cosmici interagiscono con l’ambiente circostante e la loro energia è in genere circa un decimo dell’energia trasportata dai raggi cosmici che li hanno generati.
Per questo motivo, le sorgenti che producono raggi gamma al di sotto della gamma PeV possono essere considerate possibili candidate PeVatron. Precedenti ricerche avevano suggerito che LHAASO J1912+1014u potesse essere una nebulosa a vento di pulsar o un altro tipo di detriti lasciati dall’esplosione di una stella massiccia.
“Tuttavia, i dati provenienti dai soli esperimenti gamma Tibet AS e LHAASO non possono identificare chiaramente i protoni PeVatroni perché anche gli elettroni dei raggi cosmici PeV possono produrre raggi gamma a energia inferiore”, ha affermato Mizuno.
La limitata risoluzione delle immagini di quelle osservazioni ha impedito ai ricercatori di esaminare la sorgente abbastanza da vicino da determinare se i raggi gamma fossero prodotti da protoni o da elettroni.
Tre osservatori hanno fornito le prove mancanti
Ulteriori informazioni erano disponibili grazie a diversi altri strumenti. Tra questi, il Fermi Large Area Telescope (Fermi-LAT), una missione guidata dalla NASA che l’Università di Hiroshima ha contribuito a sviluppare e gestire; il progetto FOREST Unbiased Galactic plane Imaging, condotto con il telescopio Nobeyama da 45 metri (FUGIN) e guidato dal Giappone; e l’osservatorio a raggi X Chandra della NASA.
LHAASO J1912+1014u è stato scoperto nel 2024. Si trova nella costellazione dell’Aquila, vicino ad Altair, una delle stelle più note che formano il Triangolo Estivo. Inizialmente gli scienziati classificarono l’oggetto come un resto di supernova, ma tale interpretazione divenne meno certa dopo il rilevamento di emissioni superiori a 100 TeV.
“Grazie ai dati provenienti da molteplici esperimenti, abbiamo studiato in dettaglio LHAASO J1912+1014u”, ha affermato Mizuno.
Complessivamente, gli osservatori hanno fornito misurazioni su un’ampia porzione dello spettro elettromagnetico, dalle onde radio ai raggi gamma. Ciò ha permesso ai ricercatori di costruire un modello dettagliato della sorgente su più lunghezze d’onda.
Combinazione di segnali attraverso lo spettro energetico
Fermi-LAT ha misurato raggi gamma con energie prossime a un giga-elettronvolt (GeV), pari a un miliardo di elettronvolt. Chandra ha raccolto osservazioni a raggi X a energie inferiori, mentre FUGIN ha fornito dati radio a energie ancora più basse.
Il team ha combinato queste misurazioni con osservazioni a tera-elettronvolt (TeV) provenienti da strumenti tra cui LHAASO. Il quadro risultante ha indicato con forza che LHAASO J1912+1014u è un PeVatron a protoni e ha permesso ai ricercatori di escludere altre possibili spiegazioni.
Tre risultati principali hanno supportato tale conclusione.
Innanzitutto, il segnale dei raggi gamma si estendeva gradualmente da oltre 100 trilioni di elettronvolt fino a 400 milioni di elettronvolt. Secondo Mizuno, l’ampio intervallo di energia rendeva improbabile che la sorgente stesse accelerando principalmente elettroni.
In secondo luogo, la distribuzione dei raggi gamma di energia GeV corrispondeva strettamente al modello di distribuzione del gas interstellare mappato tramite le osservazioni radio di FUGIN. Tale correlazione è prevedibile quando i protoni ad alta energia collidono con il gas circostante e producono raggi gamma.
In terzo luogo, Chandra ha rilevato solo una debole emissione diffusa di raggi X. Una sorgente dominata da elettroni accelerati dovrebbe in genere produrre segnali di raggi X più intensi, quindi la debole emissione ha ulteriormente supportato la spiegazione basata sui protoni.
Tre serie di dati rivelano un unico motore cosmico
“Questa ricerca è frutto di un lavoro di squadra. C’è un vecchio proverbio giapponese che dice: ‘Una freccia è facile da spezzare, ma tre frecce unite insieme non lo sono'”, ha affermato Mizuno. “In questo studio, tre frecce – i dati sui raggi gamma GeV di Fermi-LAT, i dati radio di FUGIN e i dati sui raggi X di Chandra – sono state unite attraverso una dettagliata modellazione multi-lunghezza d’onda, rivelando che il nostro obiettivo, LHAASO J1912+1014u, è un PeVatron di protoni cosmici.”
Lo studio non si è limitato a identificare la sorgente come un PeVatron. I ricercatori hanno anche esaminato le caratteristiche delle particelle accelerate, informazioni che potrebbero aiutare a rivelare il tipo di oggetto che alimenta il processo.
Mizuno ha affermato che nella Via Lattea esistono decine di altri possibili PeVatroni a protoni. Il team ora prevede di studiare questi candidati in modo più approfondito per determinare quanti di essi possono essere confermati e quali tipi di oggetti cosmici li producono.
Naoto Nakahara dell’Università di Hiroshima, Hidetoshi Sano e Takeru Murase dell’Università di Gifu, Tomohiko Oka dell’Università Julius-Maximilians di Würzburg e Hiromasa Suzuki dell’Università di Miyazaki sono stati coautori dello studio.
La collaborazione Fermi LAT ringrazia per il generoso e continuo supporto ricevuto dalla National Aeronautics and Space Administration (NASA) e dal Department of Energy (DOE) negli Stati Uniti; dal Commissariat à l’Energie Atomique e dal Centre National de la Recherche Scientifique / Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules in Francia; dall’Agenzia Spaziale Italiana e dall’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare in Italia; dal Ministero dell’Istruzione, della Cultura, dello Sport, della Scienza e della Tecnologia (MEXT), dalla High Energy Accelerator Research Organization (KEK) e dalla Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) in Giappone; e dalla KA Wallenberg Foundation, dallo Swedish Research Council e dallo Swedish National Space Board in Svezia. Si ringrazia inoltre l’Istituto Nazionale di Astrofisica in Italia e il Centre National d’Études Spatiales in Francia per l’ulteriore supporto fornito per l’analisi scientifica.
Questo lavoro è stato svolto in parte nell’ambito del contratto DE-AC02-76SF00515 del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti (DOE). Questo lavoro è stato inoltre parzialmente supportato da una borsa di ricerca universitaria dell’Osservatorio Astronomico Nazionale del Giappone (NAOJ) e dalla Società Giapponese per la Promozione della Scienza (JSPS) KAKENHI (23K25882, 23H04895, 22H00152, 24H00246, 24K17093).
Abstract
Il Large High Altitude Air Shower Observatory (LHAASO) ha segnalato 43 sorgenti di raggi gamma sub-PeV , che rappresentano candidati promettenti per acceleratori di raggi cosmici (CR) con energia superiore al PeV, comunemente chiamati PeVatroni. Le osservazioni multi-lunghezza d’onda sono cruciali per identificare le specie di particelle sottostanti e stimare il contenuto energetico dei raggi cosmici di queste sorgenti. In questo lavoro studiamo la regione attorno a LHAASO J1912+1014u (e HESS J1912+101) utilizzando i dati di raggi gamma di Fermi-LAT e i dati di CO di FUGIN. Abbiamo analizzato 15 anni di dati di Fermi-LAT nell’intervallo di energia 0,4–409,6 GeV. Migliorando il modello standard di emissione diffusa di Fermi-LAT, abbiamo ridotto significativamente i grandi residui attorno alla sorgente nella banda 1,6–12,8 GeV. Abbiamo rilevato un eccesso statisticamente significativo rispetto al fondo diffuso, che probabilmente rappresenta un’emissione ≥10 GeV associata alla sorgente LHAASO/HESS. L’eccesso di GeV presenta uno spettro duro (indice fotonico di circa 2,1) ed è ben riprodotto da modelli di gas interstellare con velocità sistemiche di circa 25 km/s. −1 o 60 km/s −1 Abbiamo eseguito un adattamento completo alla distribuzione spettrale di energia GeV–TeV. Sebbene uno scenario leptonico possa riprodurre lo spettro osservato, uno scenario adronico è favorito una volta considerato il raffreddamento degli elettroni. Lo spettro di protoni CR inferito ha un indice di ∼2,2 e l’energia totale dei protoni CR sopra 1 GeV è (1–5) × 10 49 erg, a seconda dell’intervallo di velocità ipotizzato per il gas interstellare associato. Un limite superiore rigoroso sull’emissione diffusa di raggi X supporta ulteriormente lo scenario PeVatron del protone.
Materiale fornito dall’Università di Hiroshima . Nota: il contenuto potrebbe essere modificato per motivi di stile e lunghezza.
Tsunefumi Mizuno, Hidetoshi Sano, Takeru Murase, Tomohiko Oka, Hiromasa Suzuki, Naohito Nakahara. Hadronic Scenario for Galactic PeVatron LHAASO J1912 1014u Supported by Fermi-LAT γ-Ray Data and FUGIN CO Data. The Astrophysical Journal, 2026; 1006 (1): 77 DOI: 10.3847/1538-4357/ae680d
by 