Exchanges of identity in deep space

A new study published in Physical Review Letters

Like in a nail-biting thriller full of escapes and subterfuge, photons from far-off light sources, such as blazars, could go up against a continuous exchange of identity in their journey through the Universe. This is an operation that would allow these very tiny particles of light to escape an enemy which, if encountered, would annihilate them.  This is the phenomenon studied by a group of researchers from the University of Salento, Bari, the National Institute for Nuclear Physics (INFN), the National Institute for Astrophysics (INAF) and SISSA thanks to brand new simulation models that reproduce the complexity of the cosmos as never before. Normally, very high energy photons (gamma rays) should "collide" with the background light emitted by galaxies transformed into pairs of matter and antimatter particles, as envisaged by the Theory of Relativity. For this reason, the sources of very high energy gamma rays should appear significantly less bright than what is observed in many cases. A possible explanation for this surprising anomaly is that light photons are transformed into hypothetical weakly-interacting particles, "axions" which, in turn, would change into photons, all due to the interaction with magnetic fields. With these metamorphoses, a part of the photons would escape interaction with the intergalactic background light that would make them disappear. The importance of this process is emphasised by the study published on Physical Review Letters, which re-created an extremely refined model of the Cosmic Web, a network of filaments composed of gas and dark matter present throughout the Universe and of its magnetic fields. The aforementioned effects are now awaiting comparison with those obtained experimentally through Cherenkov Telescope Array new generation telescopes. 

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Come in un rocambolesco thriller pieno di fughe e travestimenti, è un continuo scambio di identità quello a cui potrebbero andare incontro i fotoni provenienti da lontanissime fonti luminose, come i blazar, nel loro percorso attraverso l’Universo. Un’operazione, questa, che permetterebbe a queste piccolissime particelle di luce di sfuggire a un nemico che, se incontrato, li annienterebbe.  È questo il fenomeno studiato da un gruppo di ricercatori provenienti dall’Università del Salento, Bari, INFN, INAF e SISSA grazie a nuovissimi modelli di simulazione che riproducono come mai prima la complessità del cosmo. Normalmente i fotoni ad altissima energia (raggi gamma) si dovrebbero “scontrare” con la luce di fondo emessa dalla galassie trasformandosi in coppie di particelle di materia e antimateria, come previsto dalla teoria della relatività. Per questo motivo le fonti di raggi gamma ad altissima energia dovrebbero apparire molto meno luminose di quanto in molti casi si è invece osservato. Una possibile spiegazione di questa sorprendente anomalia è che i fotoni di luce si trasformino in ipotetiche particelle debolmente interagenti, gli “assioni”, che, a loro volta, si tramuterebbero in fotoni, tutto grazie all’interazione con i campi magnetici. Con queste metamorfosi, una parte dei fotoni sfuggirebbe all’interazione con la luce di fondo intergalattica che li farebbe scomparire. L’importanza di questo processo è rimarcata dallo studio, pubblicato su Physical Review Letters, che ha ricreato un modello estremamente raffinato della Cosmic Web, una rete di filamenti composti da gas e materia oscura presente in tutto l’Universo, e dei suoi campi magnetici. Gli effetti predetti attendono ora un confronto con quelli ottenuti sperimentalmente con i telescopi di nuova generazione Cherenkov Telescope Array. 

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A cura dell'Ufficio Stampa

SISSA

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