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Spazio, svelata l'origine dei neutrini cosmici. In un buco nero la sorgente

Logo Quotidiano.Net Quotidiano.Net 12/07/2018

Boston, 12 luglio 2018  - Individuata la possibile sorgente di un neutrino cosmico grazie all'associazione con una sorgente di raggi gamma, cioè fotoni di alta e altissima energia. Sarebbe in un blazar, ossia una galassia con al centro un enorme buco nero, la prima sorgente mai vista dei fantasmi dell'universo, i neutrini cosmici.

La galassia è distante 4,5 miliardi di anni luce, in direzione della costellazione di Orione. A questo straordinario risultato, pubblicato oggi su Science, i ricercatori sono arrivati combinando i dati del rivelatore di neutrini IceCube, che opera tra i ghiacci del Polo Sud,  che ha allertato il telescopio Fermi della Nasa e altri 15 esperimenti per la rivelazione dei fotoni da terra e nello spazio. Infatti alla scoperta, annunciata in Usa, l'Italia partecipa con la sua Agenzia Spaziale (Asi), Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Infn) e Istituto Nazionale di Astrofisica (Inaf) e molte università. 

La scoperta apre una nuova era della ricerca spaziale. I risultati pubblicati servono a risolvere un mistero molto vecchio: l'origine dei raggi cosmici. I neutrini sono particelle elementari che difficilmente interagiscono con il mondo circostante. Sebbene siano difficili da rilevare, i neutrini sono importanti messaggeri cosmici perchè portano informazioni uniche sulle aree da cui vengono prodotti. Il più grande rilevatore specializzato nella caccia a queste elusive particelle è IceCube, che si trova al Polo Sud: è in grado di rilevare circa 200 neutrini al giorno, nonostante la maggior parte di essi abbiano bassa energia e siano prodotti da raggi cosmici che interagiscono con l'atmosfera terrestre. 

Il 22 settembre dello scorso anno, IceCube ha rilevato un neutrino speciale: la sua energia molto alta (circa 290 teraelettronvolt) indicava che la particella poteva provenire da un lontano oggetto celeste. Dopo qualche mese gli scienziati sono stati anche in grado di identificare la sua origine con grande precisione. "Le teorie predicono che l'emissione di neutrini sarà accompagnata dal rilascio di particelle di luce, chiamate anche fotoni", spiega Razmik Mirzoyan, portavoce della collaborazione MAGIC e scienziato del Max Planck Institute for Physics. "I fotoni sono radiazioni elettromagnetiche e possono essere tracciati dai telescopi", aggiunge. Pertanto, è stato prontamente lanciato 'l'allarme neutrino' nella speranza che molti altri strumenti potessero intercettarne l'origine.

In effetti, Fermi-LAT, un osservatorio spaziale, ha riferito che la direzione del neutrino era in linea con una sorgente nota di raggi gamma: il buco nero supermassiccio TXS 0506 + 056. Inoltre, MAGIC, un telescopio gemello di 17 metri che rileva raggi gamma ad alta energia da Terra, ha rivelato che la radiazione proveniente dal buco nero supermassiccio raggiunge energie di almeno 400 gigaelettronvolt. Queste scoperte, combinate con quelle della direzione del neutrino, hanno permesso di individuare TXS 0506 + 056. Si tratta di un nucleo galattico attivo, il nucleo energetico di una galassia situata a una distanza di 4,5 miliardi di anni luce dalla Terra. Ospita un buco nero supermassiccio che emette i cosiddetti jet, flussi di particelle e radiazioni energetiche che si muovono alla velocità della luce. Visto che la nascita dei neutrini è sempre legata alle interazioni protoniche, le osservazioni aiutano a risolvere un vecchio mistero: il luogo di origine delle radiazioni cosmiche, scoperte dal fisico Victor Hess nel 1912. 

"Questa scoperta apre un nuovo campo dell'astronomia dei neutrini ad alta energia, che ci aspettiamo produrrà scoperte entusiasmanti nella nostra comprensione dell'Universo e della fisica fondamentale, incluso come e dove vengono prodotte queste particelle ad altissima energia", dice Doug Cowen, professore di fisica, astronomia e astrofisica alla Penn State University, membro fondatore della collaborazione IceCube. 

"Per 20 anni, uno dei nostri sogni come collaborazione è stato quello di identificare le fonti di neutrini cosmici ad alta energia, e sembra che l'abbiamo finalmente fatto!", aggiunge. 

Tuttavia, ci sono ancora molte domande sui buchi neri supermassicci, come e chi produce questi neutrini e i meccanismi con cui si accelerano i protoni. Uno studio di MAGIC offre alcune possibili risposte. Dopo l'allerta neutrino, i telescopi hanno osservato il buco supermassiccio per circa 41 ore. I dati indicano che i protoni interagiscono nei getti del buco nero. 

"Inoltre, i risultati confermano che oltre al neutrino, una parte dei raggi gamma è prodotta da protoni ad alta energia, e non da altre interazioni tra particelle nel getto. Questa e' la prima volta che possiamo confermare che i neutrini e i raggi gamma derivano dai genitori dei protoni", aggiunge Mirzoyan. 

Gli scienziati hanno trovato un'impronta digitale molto particolare nello spettro dei raggi gamma ad alta energia di TXS 0506 + 056. "Vediamo una perdita di fotoni all'interno di un certo intervallo di energia, il che significa che queste particelle devono essere state assorbite", afferma Bernardini. "Questa impronta digitale implica anche che il neutrino IceCube possa essere il risultato di interazioni di protoni con i fotoni nei getti del buco nero supermassiccio", aggiunge. Conclude Mirzoyan: "Questo risultato conferma una vera connessione tra i diversi messaggeri delle particelle: il neutrino e i fotoni. Le radiazioni gamma forniscono informazioni su come funzionano le 'centrali elettriche' nei blazar: cioè come viene prodotta l'energia estremamente alta e quali processi fisici delle particelle avvengono". 

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