Per la prima volta nella storia dell'astronomia, gli scienziati sono riusciti a individuare la possibile sorgente di un neutrino cosmico, grazie all'associazione con una sorgente di raggi gamma, cioè fotoni di alta e altissima energia. Si tratta di un blazar, cioè una galassia attiva con un buco nero supermassiccio al centro, che dista 4,5 miliardi di anni luce in direzione della costellazione di Orione.
Un risultato straordinario, pubblicato su Science, a cui i ricercatori sono arrivati combinando i dati del rivelatore di neutrini IceCube, che opera tra i ghiacci del Polo Sud, e altri 15 esperimenti per la rivelazione dei fotoni dalla Terra e nello spazio, tra cui diversi satelliti della NASA ed ESA e i telescopi Magic sull'isola di La Palma alle Canarie.
Per capire meglio la faccenda però, è utile fare un passo indietro: il 22 settembre 2017, l'esperimento IceCube - posizionato tra i ghiacci dell'Antartide allo scopo di studiare i neutrini di origine cosmica - ha identificato un neutrino con energia sufficientemente elevata da poter essere considerato di origine cosmica, poi ribattezzato Ic-170922A.
IceCube ha diramato immediatamente un'allerta e tutti gli osservatori, sia sulla Terra che nello spazio, si sono focalizzati sulla regione di cielo - nella costellazione di Orione - da cui era stato visto arrivare il neutrino, che viaggiava in linea retta.
Così è scattata la caccia alla sorgente, che ha coinvolto altri 15 esperimenti per la rivelazione dei fotoni: il primo a rispondere positivamente è stato il satellite Fermi della NASA, che ha identificato un nucleo galattico attivo costituito da un buco nero supermassiccio - dell'ordine di centinaia di milioni di masse solari - localizzato al centro di una galassia che emette radiazioni a tutte le frequenze, ma in particolare anche quelle ad alta ed altissima energia: si trattava di Txs 0506+056 (numeri che si riferiscono alle coordinate celesti).
La rilevazione di Fermi è stata confermata dal satellite italiano Agile, anch'esso dedicato allo studio dei raggi gamma, e in seguito anche dai telescopi Magic posizionati sull'isola di La Palma alle Canarie, due enormi specchi capaci di vedere il lampo di luce prodotto dai raggi gamma quando si trasformano in particelle penetrando nell'atmosfera. Dai dati di questi ultimi, un gruppo di ricercatori dell'Inaf di Padova ha ricavato la distanza della sorgente, stabilendo una pietra miliare per l'astronomia che permetterà di aprire una nuova finestra osservativa sull'universo grazie allo studio dei neutrini.
Ma perché questa scoperta è così importante? A spiegarlo, in maniera efficace, è la direttrice di ricerca dell'Inaf Patrizia Caraveo:
Per la prima volta si è visto un oggetto celeste emettere sia fotoni che neutrini. Questa connessione è interessante perché sono due prodotti dell'interazione dei protoni di alta energia i quali, quando vengono accelerati da un corpo celeste, si scontrano con altri protoni producendo altre particelle. Tra i prodotti di questa interazione ci sono sempre sia neutrini che raggi gamma, quindi rivelare una fonte che emette entrambi ha due grandi conseguenze: da un lato i fotoni ci permettono di individuare la sorgente che ha prodotto i neutrini; dall'altro abbiamo una prova sicura che nella sorgente rivelata sono stati accelerati protoni ad alta energia, una scoperta importante poiché da molti anni ci si chiede quali siano le sorgenti celesti capaci di emettere i protoni molto energetici presenti nei raggi cosmici.
In questa scoperta, gli italiani hanno avuto un ruolo importante perché l'Italia coltiva una grande tradizione nell'astrofisica delle alte energie (gamma): è infatti tutto italiano il satellite Agile, fondamentale in questa ricerca, ma è importante la partecipazione italiana anche al satellite Fermi della NASA, così come al satellite Integral dell'Agenzia Spaziale Europea.
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