Svelato il mistero su raggi cosmici grazie alla cattura dei neutrini

Con l’aiuto di un rilevatore situato a 3 km sotto il Polo Sud, un team internazionale di scienziati ha trovato la prima prova di una fonte di neutrini cosmici ad alta energia, una particella subatomica che può viaggiare in linea retta per miliardi di anni luce, passando senza ostacoli attraverso le galassie, le stelle e qualsiasi altra cosa la natura getta sul suo cammino.

L’osservazione, realizzata dall’Osservatorio Neutrino IceCube, presso la stazione del Polo Sud di Amundsen-Scott, aiuta a risolvere un enigma di oltre cent’anni su ciò che invia particelle subatomiche come neutrini e raggi cosmici ad alta energia che attraversano l’universo.

For the first time ever, scientists using @NASAFermi & @NSF’s @UW_IceCube found the source of a high-energy neutrino from outside our galaxy. Join us for a @reddit_AMA at 12:30 pm ET to ask questions about this discovery: https://t.co/fMkY151IQa pic.twitter.com/gF06XbA3tJ

— NASA (@NASA) July 12, 2018

Raggi cosmici, da dove provengono?

Da quando sono stati rilevati per la prima volta più di cento anni fa, i raggi cosmici – particelle altamente energetiche che piovono continuamente sulla Terra dallo spazio – hanno posto un mistero duraturo: cosa crea e invia le particelle su grandi distanze? Da dove vengono?

Due articoli pubblicati questa settimana nella rivista Science includono la prima prova tangibile che la fonte di un neutrino ad alta energia, rilevato 22 settembre 2017 dall’Osservatorio IceCube supportato dalla National Science Foundation, è un blazar, ovvero una gigantesca galassia ellittica con un enorme buco nero che gira rapidamente sul suo nucleo.

Due osservatori di raggi gamma, il telescopio spaziale Fermi Large Area Telescope (LAT) in orbita della NASA (nella cui equipe ha un ruolo di primo piano l’astrofisica italiana Sara Buson, selezionata fra i 16 ricercatori italiani under 40 finalisti agli ISSNAF Awards) e il telescopio Cherenkov o MAGIC delle Isole Canarie, hanno rilevato dei raggi gamma ad alta energia associati a un blazar indicato con la sigla TXS 0506 + 056, in direzione della costellazione di Orione.

L’evento del neutrino ad alta energia del 22 settembre 2017 come si è verificato nel rilevatore IceCube. Le particelle secondarie create dai neutrini interagendo con i protoni creano luce che può essere rilevata dalla matrice di sensori raffigurata in questa animazione. I punti colorati rappresentano il tempo di arrivo, con il rosso il più recente e il blu l’ultimo.
Ph: national science foundation

I neutrini diventano così i terzi messaggeri cosmici

Le osservazioni dei raggi gamma mostrano che il blazar è tra gli oggetti più luminosi dell’universo conosciuto ed è abbastanza potente da accelerare i raggi cosmici ad alta energia e i neutrini associati.

” Abbiamo identificato almeno una fonte che produce raggi cosmici ad alta energia. I neutrini sono i prodotti di decadimento dei pioni. Per produrli è necessario un acceleratore di protoni. “dice Francis Halzen, professore di fisica all’Università del Wisconsin-Madison e scienziato capo per il IceCube Neutrino Observatory.

I raggi cosmici sono noti per essere principalmente protoni o nuclei atomici. Le particelle vengono inviate attraverso l’universo perché le galassie in cui sono create agiscono allo stesso modo degli acceleratori di particelle usati sulla Terra, ma sono molto più potenti.

Poiché i raggi cosmici sono particelle cariche, i loro percorsi non possono essere rintracciati direttamente alle loro fonti a causa dei potenti campi magnetici che ingombrano lo spazio interstellare e intergalattico, che deformano le loro traiettorie. I neutrini, tuttavia, sono particelle non caricate, non influenzate nemmeno dal campo magnetico più potente. Poiché interagiscono con la materia solo a distanze subatomiche molto ridotte e non hanno quasi massa – da qui il loro soprannome di “particella fantasma” – i neutrini viaggiano in linea retta da dove originano, passando attraverso pianeti, stelle e intere galassie, dando agli scienziati un puntatore quasi diretto alla loro fonte.

Fra i numerosissimi autori sono molti i nomi italiani e l’Italia ha giocato un ruolo importante nella scoperta con Agenzia Spaziale Italiana (Asi), Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Infn), Istituto Nazionale di Astrofisica (Inaf) e molte università. I neutrini diventano così i terzi messaggeri cosmici al servizio della nuova astronomia, insieme alle onde gravitazionali e alle particelle di luce.

“L’eccezionale scoperta annunciata da NSF e NASA, che è simile per importanza alla cattura del primo segnale di onde gravitazionali annunciata nel febbraio 2016” commenta Vito M. Campese, presidente della fondazione ISSNAF “è il frutto di una collaborazione fra ricercatori di altissimo livello originari di tanti Paesi come Francia, Germania, Giappone, Svezia, Usa e Italia. Siamo particolarmente orgogliosi che un ruolo di primo piano dietro questa scoperta sia stato giocato dall’astrofisica italiana Sara Buson. Come ISSNAF continueremo a promuovere ponti fra i “cervelli” di talento in Italia, negli Stati Uniti e in Canada».