2000 giorni di PAMELA in orbita

Il 5 dicembre lo spettrometro magnetico PAMELA ha compiuto 2000 giorni di volo nello spazio.

Lo strumento, lanciato a bordo del satellite russo Resurs-DK1 il 15 giugno 2006 aveva già festeggiato 5 anni qualche tempo fa. 

PAMELA studia i raggi cosmici carichi, protoni, elettroni, nuclei di elio; lo spettrometro magnetico permette di estrarre la rarissima componente di antimateria, antiprotoni e positroni, importante sia per la ricerca indiretta di materia oscura che per comprendere perché il nostro universo sia composto di sola materia. 

Purtroppo qualunque  campo magnetico devia le particelle cariche e quindi quello che abbiamo sono "solo" i flussi di particelle, ossia quante particelle ci sono ad una certa energia. 

Gli obiettivi scientifici di PAMELA nel plot di Hillas. 

A bassa energia (10⁹  eV) vi sono quelle intrappolate 

nelle fasce di Van Allen della magnetosfera terrestre, poi quelle emesse 

nelle eruzioni solari e  modulati nel nostro sistema solare  (10¹⁰  eV). 

Positroni ed elettroni vengono dal "vicinato" galattico,

 1-2 kpc, mentre protoni ed antiprotoni scorrazzano 

liberamente per tutta la galassia sino a  circa 10¹⁸  eV. 

Anche se non è possibile produrre le splendide immagini di satelliti come AGILE, Fermi o Hubble, studiando i flussi delle varie particelle è possibile ottenere informazioni molto dettagliate su come i raggi cosmici sono stati prodotti e si sono propagati nella galassia, nel nostro sistema solare ed in prossimità della Terra. 

I fenomeni che governano la magnetoidrodinamica -  disciplina che studia l''interazione tra particelle e campi magnetici - sono molto simili indipendentemente dalle scale in gioco: studiando la produzione di particelle emesse nelle eruzioni solari è possibile comprendere i meccanismi che hanno luogo nelle pulsar e nei nuclei galattici attivi, galassie dominate da immensi buchi neri.

Antimateria intorno alla Terra, PAMELA e viaggi interstellari

Dati recenti di PAMELA, pubblicati su Astrophysical Journal Letters (reperibile anche qui)  mostrano come nella magnetosfera terrestre sia presente una fascia stabile di antiprotoni, ossia antimateria a poche centinaia di chilometri attorno alla terra.
Queste particelle vengono formate dall'urto dei raggi cosmici galattici di più alta energia con gli strati alti dell'atmosfera: tra la miriade di particelle prodotte in queste collisioni vi sono anche antineutroni che possono decadere a loro volta in antiprotoni, che rimangono intrappolati nel campo geomagnetico.
Questa fascia di antiprotoni è molto più piccola di quelle di   protoni ed elettroni, dette di Van Allen dal nome del suo scopritore (un video delle fasce di Van Allen viste con pamela è presente qui).
Questo è il flusso di antiprotoni intrappolati  che abbiamo misurato con PAMELA. E' la prima volta che viene effettuata questa misura perché è necessario uno spettrometro magnetico per discriminare i protoni dalle loro antiparticelle in virtù della loro carica opposta. Oltre agli antiprotoni intrappolati (in rosso in figura) sono state rivelati anche antiparticelle prodotte in prossimità della terra ma che si perdono nel sistema solare (in blu). Per confronto, in nero è mostrato il flusso di antiprotoni provenienti dalla galassia.

I 28 antiprotoni rivelati intorno alla Terra da PAMELA sono rappresentativi di circa qualche miliardo di antiparticelle presenti in orbita attorno alla Terra. Troppo poche per rappresentare una forma di energia stabile o per alimentare futuristici motori a materia/antimateria. Tuttavia a questo link è presente un interessante documento che stima la quantità di antimateria presente nelle magnetosfere del sistema solare.
Le enormi magnetosfere di Giove e Saturno dovrebbero contenere centinaia di volte più antiprotoni di quella terrestre e dunque poter un giorno (molto remoto) essere utilizzati come minima sorgente di energia per viaggi interstellari. Il vantaggio di questa fonte è che - seppur piccola - si rigenera continuamente per l'urto delle particelle galattiche con le atmosfere planetarie.

Stime di antiprotoni presenti nel sistema solare (tratto da qui)