L'illustrazione di un artista di un blazar come quello recentemente scoperto per accelerare i neutrini e i raggi cosmici a velocità tremende. Il buco nero supermassiccio al centro del disco di accrescimento invia uno stretto getto di materia ad alta energia nello spazio, perpendicolare al disco.
(Immagine: © DESY, Science Communication Lab)
Gli astronomi hanno rintracciato un neutrino ad alta energia alla sua fonte cosmica per la prima volta in assoluto, risolvendo un mistero secolare nel processo.
I neutrini sono particelle subatomiche quasi prive di massa che non hanno carica elettrica e quindi interagiscono raramente con l'ambiente circostante. In effetti, trilioni di queste "particelle fantasma" scorrono attraverso il tuo corpo inosservate e senza ostacoli ogni secondo.
La maggior parte di questi neutrini viene dal sole. Ma una piccola percentuale, che vanta energie estremamente elevate, è schizzata al nostro collo dai boschi da uno spazio molto profondo. L'elusività intrinseca dei neutrini ha impedito agli astronomi di individuare l'origine di tali vagabondi cosmici - fino ad ora. [Tracciare un Neutrino alla sua fonte: la scoperta in immagini]
Le osservazioni dell'Osservatorio del Neutrino di IceCube al Polo Sud e una miriade di altri strumenti hanno permesso ai ricercatori di rintracciare un neutrino cosmico in un lontano blazar, un'enorme galassia ellittica con un buco nero supermassiccio a rotazione rapida nel suo cuore.
E c'è di più. I neutrini cosmici vanno di pari passo con i raggi cosmici, particelle cariche altamente energetiche che colpiscono continuamente il nostro pianeta. Quindi, la nuova ricerca di pioli blazar come acceleratori di almeno alcuni dei raggi cosmici più veloci.
Gli astronomi si sono chiesti questo da quando i raggi cosmici sono stati scoperti per la prima volta, nel lontano 1912. Ma sono stati contrastati dalla natura carica delle particelle, che impone che i raggi cosmici vengano trascinati in questo modo e quello da vari oggetti mentre zoomano attraverso lo spazio. Il successo finalmente arrivò dall'uso del viaggio in linea retta di una particella fantasma di un viaggiatore.
"Abbiamo cercato le fonti dei raggi cosmici per più di un secolo e alla fine ne abbiamo trovato uno", ha detto a Space Francis Halzen, capo scienziato dell'Osservatorio Neutrino IceCube e professore di fisica all'Università del Wisconsin-Madison. com. [Fisica stravagante: le piccole particelle più belle della natura]
Uno sforzo di squadra
IceCube, gestito dalla National Science Foundation (NSF) degli Stati Uniti, è un cacciatore di neutrini dedicato. La struttura è costituita da 86 cavi, che si annidano all'interno di pozzi che si estendono per circa 1,5 miglia (2,5 chilometri) nel ghiaccio antartico. Ogni cavo, a sua volta, contiene 60 "moduli ottici digitali" da basket dotati di rilevatori di luce sensibile.
Questi rivelatori sono progettati per captare la caratteristica luce blu emessa dopo che un neutrino interagisce con un nucleo atomico. (Questa luce viene respinta da una particella secondaria creata dall'interazione. E nel caso ti stavi chiedendo: tutto quel ghiaccio sovrastante impedisce alle particelle diverse dai neutrini di raggiungere i rivelatori e sporcare i dati.) Questi sono eventi rari; IceCube individua solo un paio di centinaia di neutrini all'anno, ha detto Halzen.
La struttura ha già dato un grande contributo all'astronomia. Nel 2013, ad esempio, IceCube ha effettuato il primo rilevamento mai confermato di neutrini al di fuori della galassia della Via Lattea. I ricercatori non erano in grado di individuare la fonte di quelle particelle fantasma ad alta energia al momento.
Il 22 settembre 2017, tuttavia, IceCube ha raccolto un altro neutrino cosmico. Era estremamente energico e conteneva circa 300 teraelettroni volt - quasi 50 volte più grandi dell'energia dei protoni che attraversavano il più potente acceleratore di particelle della Terra, il Large Hadron Collider.
Entro 1 minuto dal rilevamento, la struttura ha inviato una notifica automatica, avvisando gli altri astronomi della ricerca e inoltrando le coordinate alla macchia di cielo che sembrava ospitare la fonte della particella.
La comunità ha risposto: quasi 20 telescopi a terra e nello spazio hanno frugato attraverso lo spettro elettromagnetico, dalle onde radio a bassa energia ai raggi gamma ad alta energia. Le osservazioni combinate hanno fatto risalire l'origine del neutrino a un blazar già noto chiamato TXS 0506 + 056, che si trova a circa 4 miliardi di anni luce dalla Terra.
Ad esempio, le osservazioni di follow-up di diversi strumenti, tra cui il telescopio spaziale spaziale Fermi in orbita terrestre della NASA e il telescopio Cherenkov (MAGIC) di Gaming Impression of the Major Atmosferico nelle Isole Canarie, hanno rivelato un potente scoppio di raggi di luce gamma da TXS 0506 + 056. [Universo Gamma-Ray: foto di Fermi Space Telescope della NASA]
Il team di IceCube ha anche esaminato i suoi dati di archivio e ha trovato più di una dozzina di altri neutrini cosmici che sembravano provenire dallo stesso blazar. Queste particelle aggiuntive sono state raccolte dai rilevatori dalla fine del 2014 all'inizio del 2015.
"Tutti i pezzi si incastrano", ha dichiarato Albrecht Karle, uno scienziato senior IceCube e professore di fisica UW-Madison. "Il bagliore di neutrini nei nostri dati di archivio è diventato una conferma indipendente. Insieme alle osservazioni degli altri osservatori, è una prova convincente che questo blazar sia una fonte di neutrini estremamente energici, e quindi raggi cosmici ad alta energia."
I risultati sono stati riportati in due nuovi studi pubblicati online oggi (12 luglio) sulla rivista Science. Puoi trovarli qui e qui.
L'astrofisica multimessenger è in aumento
I blazar sono un tipo speciale di galassia superluminosa attiva che fa esplodere getti gemelli di luce e particelle, uno dei quali è diretto direttamente sulla Terra. (Questo è in parte il motivo per cui i blazer ci sembrano così luminosi - perché siamo nella linea del fuoco a reazione.)
Gli astronomi hanno identificato diverse migliaia di blasoni in tutto l'universo, nessuno dei quali è stato ancora scoperto che ci imbraccia neutrini come TXS 0506 + 056.
"C'è qualcosa di speciale in questa fonte e dobbiamo capire di cosa si tratta", ha detto Halzen a Space.com.
Questa è solo una delle tante domande sollevate dai nuovi risultati. Ad esempio, Halzen vorrebbe anche conoscere il meccanismo di accelerazione: come, esattamente, i blazer portano i neutrini e i raggi cosmici a velocità così elevate?
Halzen ha espresso ottimismo nel rispondere a tali domande in un futuro relativamente prossimo, citando il potere dell '"astrofisica multimessenger" - l'uso di almeno due diversi tipi di segnali per interrogare il cosmo - in mostra nei due nuovi studi.
La scoperta del neutrino segue da vicino un altro punto di riferimento multimessenger: nell'ottobre 2017, i ricercatori hanno annunciato di aver analizzato una collisione tra due stelle di neutroni superdense osservando sia la radiazione elettromagnetica che le onde gravitazionali emesse durante l'evento drammatico.
"L'era dell'astrofisica multimessenger è qui", ha dichiarato il direttore del NSF France Cordova nella stessa dichiarazione. "Ogni messaggero - dalle radiazioni elettromagnetiche, dalle onde gravitazionali e ora dai neutrini - ci offre una comprensione più completa dell'universo e importanti nuove intuizioni sugli oggetti e sugli eventi più potenti nel cielo."
