Individuate per la prima volta una 'particella fantasma' e la sua sorgente

Per la prima volta, gli astrofisici hanno tracciato il viaggio di un neutrino ad alta energia, noto anche come "particella fantasma" — perché individuare la sorgente da cui proviene è estremamente difficile. Questa scoperta rappresenta un importante passo avanti per risolvere un mistero che tormenta gli scienziati da più di un secolo: da dove vengono queste bizzarre particelle e perché vengono sprigionate in questo modo dall'energia cosmica?

L'IceCube Neutrino Observatory, situato in Antartide, ha restituito la prima risposta concreta a queste domande: i neutrini possono essere accelerati a velocità prossime alla luce da una sorgente galattica chiamata blazar. I blazar sono galassie giganti che ospitano al loro centro un buco nero supermassiccio che ruota su se stesso divorando tutta la materia e la luce che ha intorno. Prima di essere inghiottita, una parte della materia gira intorno ad esso in modo vorticoso producendo getti di particelle che vengono proiettati lungo i poli del buco nero a velocità per l'appunto prossime a quella della luce. Per questo, i blazar sono ritenuti uno dei fenomeni altamente energetici di maggiore entità osservati nell'universo.

Il team di IceCube ha annunciato i suoi risultati giovedì in una conferenza stampa presso la National Science Foundation a Washington, DC, e ha firmato due nuovi paper sulle loro ricerche pubblicati su Science.

I neutrini sono particelle che presentano masse estremamente ridotte, talmente ridotte che il premio Nobel per la Fisica del 2015 è stato assegnato proprio a chi ha dimostrato che possiedono per lo meno una massa di qualche tipo. Grazie a questa loro proprietà, possono viaggiare attraverso l'universo fondamentalmente indisturbati, a differenza invece di particelle con massa maggiore che vengono deformate o bloccate da pianeti, stelle e altri oggetti celesti. Questo li rende potenzialmente utili per sondare tutti i misteriosi fenomeni cosmici che non possono essere osservati grazie all'astronomia tradizionale basata sullo studio delle onde luminose.

Se il rilevamento delle onde gravitazionali richiede strumenti straordinariamente accurati, anche rilevare i neutrini è complesso a causa della loro natura sfuggente. L'osservatorio IceCube, un progetto che vede la collaborazione di oltre 300 scienziati provenienti da 12 paesi e diretto dall'Università del Wisconsin-Madison, è stato progettato per rilevare neutrini ad alta energia attraverso dei sensori che si estendono per quasi tre chilometri sotto al ghiaccio antartico.

Anche se i nostri corpi vengono attraversati da miliardi di miliardi di neutrini ogni secondo, questi sensori hanno catturato solo un centinaio di neutrini cosmici ad alta energia originati al di fuori del Sistema Solare. Questo può rendere l'idea di quanto sia difficile anche solo semplicemente scovare una traccia di queste particelle.

Uno dei neutrini cosmici rilevati, chiamato IceCube-170922A, è stato segnalato dall'osservatorio il 22 settembre 2017. Poiché i neutrini non sembrano essere disturbati in modo particolare dagli oggetti massicci — sembrano attraversarli — risulta molto più facile indovinare la loro sorgente cercando direttamente nella direzione da cui provengono.

Quando IceCube ha lanciato un allert per setacciare la porzione di cielo della costellazione di Orione da cui probabilmente ha avuto origine questo neutrino, 15 osservatori hanno risposto alla chiamata, tra cui il Neil Gehrels Swift Observatory, il Fermi Gamma-Ray Space Telescope, il Nuclear Spectroscopic Telescope Array e il Very Energetic Radiation Imaging Telescope Array System.

Gli scienziati speravano che questi ulteriori controlli potessero rivelare una fonte papabile per i neutrini cosmici, e nel caso di IceCube-170922A — che aveva un'energia di 300 trilioni di elettronvolt — alla fine sono riusciti a individuarla.

I centri di ricerca hanno scambiato tra loro le informazioni sulle emissioni di raggi gamma provenienti da un blazar chiamato TXS 0506 + 056 — posizionato a quattro miliardi di anni luce dalla Terra — e hanno concluso che si tratta della probabile sorgente del neutrino. Questa scoperta non è solo una pietra miliare nello studio dei neutrini, ma anche un importante risultato per ”l'astronomia multi-messenger”— cioè l'osservazione di un fenomeno portata avanti grazie a mezzi completamente differenti.

La combinazione delle osservazioni di neutrini e raggi gamma ”è stata in questo caso,” mi ha raccontato via mail il co-autore dello studio Gary Hill, fisico dell'Università di Adelaide e membro della IceCube Collaboration.

Quando ho chiesto quali saranno le conseguenze di questo risultato per il team di IceCube, Hill ha spiegato che sarà essenziale tenere sotto controllo il blazar per vedere se il rilevamento di altri neutrini ci aiuterà a risalire alle sue emissioni di raggi gamma concorrenti. ”Se emetterà altri getti di particelle, e rileveremo altri neutrini, avremo una risultato importante,” ha sottolineato lo studioso. Il team cercherà anche altri blazer che potrebbero emettere neutrini che raggiungono la Terra.

Hill spera anche che questa scoperta si tradurrà in maggiori investimento economici in IceCube, che può essere potenziato per diventare ancora più precisi nel rilevare queste particelle fantasma. ”Potremmo aggiungere altri rilevatori sotto i ghiacci, che aumenterebbero la velocità di rilevamento, e aggiungere altri rivelatori sulla superficie del ghiaccio,” ha concluso. Questo ”aiuterebbe a escludere le interferenze di fondo dai raggi cosmici che colpiscono l'atmosfera terrestre, permettendoci di cogliere più dettagli dei neutrini più interessanti che ci raggiungono da distanze enormi.”

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Questo articolo è apparso originariamente su Motherboard US.