Magnetic rigidity reveals the PeVatron acceleration region in SS 433
Analizzando osservazioni VLBA multi-frequenza per rivelare un profilo di campo magnetico che aumenta la rigidità magnetica lungo il jet interno, questo studio identifica l'ejecta barionica della microquasar SS 433 come un PeVatron nascosto capace di accelerare protoni a energie superiori a 1 PeV ben a monte dei suoi lobi estesi ed emittenti in TeV.
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Nel profondo del cosmo esiste una classe di acceleratori cosmici così potenti da poter scagliare particelle subatomiche a energie un milione di volte superiori a qualsiasi cosa possiamo creare sulla Terra. Queste macchine cosmiche sono chiamate PeVatron. Per decenni, gli astronomi le hanno cercate, sapendo che da qualche parte nella nostra galassia, la natura deve costruire particelle a queste altezze sbalorditive. Sebbene le stelle esplodenti siano state a lungo i sospetti principali, un nuovo candidato è emerso da un oggetto peculiare e studiato da tempo, noto come SS 433. Questo sistema è una coppia binaria in cui un buco nero o una stella di neutroni sta consumando voracemente una stella compagna, emettendo due massicci getti di gas surriscaldato in direzioni opposte. Osservazioni recenti hanno dimostrato che questo sistema emette raggi gamma ad alta energia, suggerendo che sia effettivamente un PeVatron, ma rimaneva un mistero critico: esattamente dove, all'interno di quei getti, avviene l'accelerazione? È vicino al motore centrale o lontano, dove i getti si scontrano con il gas circostante?
Un team di astronomi ha ora risolto questo enigma osservando l'ambiente magnetico all'interno dei getti di SS 433 con una precisione senza precedenti. Utilizzando una rete di radiotelescopi distribuiti su tutta la Terra, hanno mappato la forza del campo magnetico lungo la sezione interna del getto, una regione larga solo poche decine di unità astronomiche. Hanno scoperto che il campo magnetico non si indebolisce così rapidamente come previsto man mano che ci si allontana dal centro. Al contrario, mantiene la sua forza sorprendentemente bene nel corso della distanza. Questo specifico comportamento è la chiave del mistero. In fisica, la capacità di un campo magnetico di intrappolare e accelerare una particella dipende da una combinazione della forza del campo e delle dimensioni della regione che occupa. Poiché il campo in SS 433 mantiene una forza sufficiente su un'area così vasta, la "rigidità magnetica" — la capacità di trattenere particelle veloci — aumenta effettivamente man mano che ci si sposta verso l'esterno lungo il getto.
Questa scoperta rivela che la parte interna del getto, specificamente una zona situata a poche centinaia di unità astronomiche dal sistema binario centrale, è la sala macchine nascosta dove i protoni vengono accelerati a energie di peta-elettronvolt. I ricercatori hanno calcolato che in questa specifica regione, le condizioni magnetiche sono abbastanza forti da spingere i protoni a energie di circa 2,6 peta-elettronvolt. Ciò corrisponde perfettamente ai livelli di energia massima inferiti dai raggi gamma rilevati dall'osservatorio LHAASO. Lo studio esclude efficacementamente l'idea che queste particelle ad altissima energia siano create dagli elettroni nello stesso punto, poiché l'intenso campo magnetico raffredderebbe gli elettroni troppo velocemente perché possano raggiungere tali energie. Invece, i dati indicano che i protoni sono i principali acceleratori.
Il quadro che emerge è quello di un processo in due fasi. I getti compatti e interni di SS 433 agiscono come sito di iniezione, dove i protoni vengono spinti a velocità estreme dal campo magnetico. Una volta che questi protoni velocissimi escono da questa zona interna, viaggiano verso l'esterno nella nebulosa circostante, una vasta nube di gas chiamata W50. Lì, collidono con atomi di gas neutro, creando l'impulso di raggi gamma ad alta energia che i telescopi sulla Terra possono vedere. Questa separazione spiega perché l'emissione di raggi gamma appaia diversa a vari livelli di energia: i segnali a energia più elevata provengono dalla zona di interazione nella nube di gas, mentre l'accelerazione stessa avviene molto più vicino alla sorgente. Misurando il profilo del campo magnetico, i ricercatori non solo hanno individuato l'acceleratore, ma hanno anche confermato che il microquasar SS 433 è un vero PeVatron, capace di spingere le particelle ai limiti estremi di ciò che è possibile nella nostra galassia.
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