Cosa sono i raggi cosmici?

I raggi cosmici sono minuscole particelle, per lo più protoni, che si schiantano nell'atmosfera terrestre a vari livelli di energia. Miliardi di raggi cosmici si schiantano sulla Terra ogni secondo, la maggior parte con un'energia piuttosto bassa. Tuttavia, ogni tanto i raggi cosmici con livelli estremi di energia incidono sulla Terra. Il più potente mai registrato era un singolo protone con un'energia di 50 J, approssimativamente equivalente a un campo da baseball. Gli scienziati non sono in grado di spiegare come alcuni dei raggi più energici abbiano ottenuto la loro energia.

Sebbene siano chiamati "raggi cosmici", va notato che i raggi cosmici sono particelle puntiformi, non raggi. Oltre ai protoni, che costituiscono il 90% di tutti i raggi cosmici, ci sono anche nuclei di elio, noti anche come particelle alfa, che costituiscono un altro 9%, e elettroni che costituiscono il restante 1%.

Lo spazio esterno è riempito con un bagno di particelle in rapido movimento, noto come flusso di raggi cosmici. I raggi cosmici sono chiamati radiazioni ionizzanti perché hanno la tendenza ad avere un impatto sulle molecole con una forza tale da eliminare gli elettroni dai loro atomi costituenti, creando ioni distruttivi. Un pezzo di biomateriale lasciato non protetto abbastanza a lungo nell'ambiente cosmico si trasformerebbe in formaggio svizzero. Questa è una delle maggiori sfide per la colonizzazione dello spazio umano e tutti i progetti di colonie spaziali sono dotati di enormi schermature per respingere i raggi cosmici.

I raggi cosmici traggono il loro grido da oggetti ed eventi cosmici ad alta energia, come stelle di neutroni, supernovae e buchi neri. La maggior parte dei raggi cosmici provengono dall'interno della nostra galassia, dove sono eruttati da supernovae o lanciati come una fionda dal pozzo di gravità ripida di un buco nero. In effetti, la presenza di determinati livelli di potenza dei raggi cosmici è la prova che i buchi neri esistono davvero.

Uno dei livelli più alti dell'atmosfera terrestre è noto come ionosfera, perché viene costantemente ionizzato dai raggi cosmici in arrivo, insieme alla radiazione solare. La termosfera, che è un sottoinsieme della ionosfera, sperimenta un riscaldamento fino a migliaia di gradi a causa della radiazione ionizzante, ma poiché la densità delle particelle qui è relativamente bassa, non si sentirebbe così caldo se si visitasse lì.

I raggi cosmici più energici provengono da eventi ad altissima energia al di fuori della nostra galassia e forniscono una finestra rara sul funzionamento dell'universo più ampio. I fisici costruiscono strutture da milioni di dollari per studiare in dettaglio il flusso dei raggi cosmici.