Inizia l’era del neutrino cosmico

L’osservatorio IceCube in Antartide ha rivelato per la prima volta neutrini altamente energetici provenienti dall’esterno del Sistema Solare. Lo studio, frutto dei primi due di anni di attività di questo particolare telescopio inglobato nel ghiaccio, è stato pubblicato su Science. Il commento di Gianfranco Brunetti, INAF-IRA e Massimo Della Valle, INAF - Osservatorio Astronomico di Capodimonte

di Stefano Parisini 22/11/2013 16:57

Questo è il neutrino a più alta energia mai osservato, attorno agli 1,14 petaelettronvolt (PeV). Rilevato il 3 gennaio 2012 da IceCube, è stato denominato amichevolmente “Ernie”. Crediti: IceCube Collaboration

Sono messaggeri cosmici talmente elusivi da meritarsi un nome proprio quando finalmente s’intravedono le tracce del loro passaggio. Ernie è l’affettuoso nomignolo che i fisici della collaborazione IceCube hanno dato al più vigoroso nel gruppo di 28 neutrini ad alta energia provenienti dallo spazio profondo e scoperti durante una campagna osservativa durata due anni, dal maggio 2010 allo stesso mese del 2012. I risultati della ricerca vengono pubblicati sul numero odierno della rivista Science, dove Ernie campeggia in copertina.

I neutrini non sono rari, tutt’altro: ogni secondo, miliardi di queste particelle impalpabili, di massa pressoché inesistente, trapassano alla velocità della luce ciascun centimetro quadrato della Terra. Ma la quasi totalità proviene dal Sole o dall’atmosfera terrestre.

Estremamente più rari sono i neutrini provenienti da regioni remote della nostra galassia od oltre, che però non erano mai stati osservati così chiaramente prima di questo studio.

“Questa è la prima indicazione di neutrini ad altissima energia provenienti dall’esterno del nostro Sistema Solare, con energie superiori a un milione di volte rispetto a quelli osservati nel 1987 in connessione con la supernova vista nella Grande Nube di Magellano,” dice Francis Halzen, della Università del Wisconsin–Madison e responsabile scientifico di IceCube. “E’ assai gratificante vedere finalmente quello che abbiamo cercato per tanti anni. Questa è l’alba di una nuova era per l’astronomia.”

Ma perché i neutrini cosmici sono tanto importanti per l’astrofisica? Siccome interagiscono raramente con la materia e sono insensibili ai campi magnetici, gli scienziati ritengono che queste particelle possano portare con sé preziose informazioni sui fenomeni più energetici e più distanti nell’Universo.

“Neutrini di alta e altissima energia vengono generati in diverse situazioni comuni in ambito astrofisico,” spiega Gianfranco Brunetti dell’INAF-Istituto di Radioastronomia, “ad esempio dall’interazione di protoni e nuclei di alta energia con la materia e la radiazione circostante. Essi ci possono fornire informazioni fondamentali sulla fisica dell’accelerazione delle particelle, non solo nei resti di supernova ma anche in oggetti molto remoti quali lampi di raggi gamma, ammassi di galassie e nell’intorno di buchi neri.”

“Le osservazioni di neutrini ad altissima energia provenienti da queste potenti sorgenti astrofisiche,” aggiunge Massimo Della Valle, direttore dell’INAF-Osservatorio Astronomico di Capodimonte, “potrebbero fornire preziose informazioni sulla massa dei neutrini o addirittura sulla misteriosa Dark Matter. Secondo alcune teorie, parte di questi neutrini ultra-energetici potrebbe prodursi durante il decadimento di particelle della cosiddetta materia oscura pesante. Ma al momento siamo ancora in una fase preliminare e bisogna comprendere come mai alcuni dati che emergono da questa ricerca siano diversi dalle stime teoriche.”

Il laboratorio, la parte “emersa” di IceCube. Credit: Sven Lidstrom. IceCube/NSF

La rivelazione di neutrini cosmici ad alta e altissima energia è stata possibile grazie a IceCube, un particolare telescopio collocato in Antartide, in cui la parte visibile è letteralmente la punta dell’iceberg di quel che sta sotto.

IceCube è il più grande rivelatore di neutrini al mondo. Completato nel dicembre 2010 dopo sette anni di lavoro per un costo di 271 milioni di dollari, è frutto di una vasta collaborazione internazionale supportata dalla National Science Foundation statunitense. E’ composto da 5.160 sensori ottici, suddivisi in 86 catene inglobate in un chilometro cubo di ghiaccio sotto il Polo Sud.

Il ghiaccio stesso è una componente di questo osservatorio, dove i neutrini vengono rilevati attraverso minuscoli lampeggi di luce blu, chiamata luce Cherenkov, prodotta quando i neutrini interagiscono con il ghiaccio.

“IceCube sta aprendo una nuova finestra osservativa per lo studio dell’accelerazione di particelle di alta energia nell’Universo” dice ancora Brunetti. “I dati di IceCube, derivanti da 2 anni di osservazione, hanno permesso di individuare un certo numero di neutrini di alta e altissima energia di origine astrofisica, ma non ci permettono ancora di individuare le sorgenti di questi neutrini. Questo straordinario risultato testimonia comunque il grandissimo potenziale dello strumento.”

Il prossimo passo è quindi stabilire da dove arrivino i neutrini cosmici che, viaggiando indisturbati in linea retta, possono indicarci il posto nella galassia in cui sono stati prodotti. Tuttavia i 28 eventi registrati finora sono troppo pochi per individuare una qualunque direzione. Gli scienziati della collaborazione IceCube sono convinti che, nell’arco dei prossimi anni, un numero più consistente di misurazioni potrà alla fine svelare il punto di origine di questo intrigante fenomeno. Si tratta solo di aspettare, come per una fotografia astronomica a lunga esposizione, ma con molta più pazienza.

Per saperne di più: