Raggi cosmici: svelata l'origine grazie alla cattura dei neutrini: il ruolo decisivo dell'Italia

Catturati i neutrini cosmici, i messaggeri celesti. La nuova astronomia è pronta a decollare con l'individuazione di quei veri e propri fantasmi dell'universo che sono i neutrini cosmici. Annunciata dalla National Science Foundation degli Stati Uniti, la scoperta è pubblicata su tre riviste, Science e Monthly Notices of the Royal Astronomical Society e Astrophysical Journal Letters.

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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 (fotoni).

 
«La scoperta annunciata oggi è un evento apripista dell'astronomia multimessaggero», ha osservato il vicepresidente dell'Infn, Antonio Masiero. «Adesso - ha aggiunto - la nostra attenzione si accentra su onde gravitazionali, fotoni e neutrini: tutti e tre hanno la caratteristica di giungere fino a noi e possiamo correlarli fra loro». Come era accaduto nel 2017, quando 70 strumenti avevano visto la luce e le onde gravitazionali generate dalla collisione di due stelle di neutroni, anche questa scoperta è stata corale e fornisce solidi indizi per riuscire a spiegare uno dei misteri dell'astronomia: l'origine dei raggi cosmici di altissima energia. Per il presidente dell'Inaf, Nichi D'Amico, «anche in questa scoperta, la potenza di fuoco di cui dispone l'Inaf, a tutte le lunghezze d'onda e con strumentazione di avanguardia da Terra e dallo spazio, si è dimostrata determinante per rispondere ad alcune delle domande fondamentali per la comprensione dell'universo». 

«È un altro grande risultato dell’astronomia multimessaggero – commenta Roberto Battiston, presidente dell’Agenzia spaziale otaliana. – Oltre ai fotoni e alle onde gravitazionali, sorgenti estremamente energetiche nell’universo comunicano con noi attraverso neutrini di altissima energia. Grazie a questa nuova astronomia l’universo ogni giorno diventa più piccolo e meno sconosciuto, grazie ai sofisticati strumenti a terra e nello spazio sviluppata dai ricercatori di ASI, INAF e INFN.»

Il primo indizio che ha portato a scoprire la sorgente dei neutrini cosmici era arrivato il 22 settembre 1917, quando a tre chilometri di profondità nei ghiacci dell'Antartide, l'osservatorio IceCube aveva intercettato un segnale diverso dal solito. «Sono quelli che chiamiamo tracce e che hanno un margine di errore molto piccolo», ha detto all'Ansa Paolo Padovani, dell'Osservatorio Europeo Australe (Eso), che ha condotto la ricerca con Paolo Giommi, dell'Asi, ed Elisa Resconi, dell'Università Tecnica di Monaco. Non appena ricevuto l'allerta, lo strumento Lat del telescopio Fermi ha diramato un ATel, ossia un Telegramma Astronomico che ha permesso ad altri 14 esperimenti di puntare la sorgente. Le prime conferme sono arrivate dal satellite italiano Agile, realizzato dall'Asi con il contributo di Inaf e Infn e dai telescopi Magic, dell' osservatorio di La Palma alle Canarie, realizzati con in contributo di Inaf e Infn.

E ancora i satelliti Swift e Nustar, della Nasa, e Integral dell'Agenzia Spaziale Europea (Esa). È stata vista così la prima fonte dei neutrini cosmici: un blazar indicato con la sigla TXS 0506+056, una galassia attiva con un buco nero supermassiccio al centro e distante 4,5 miliardi di anni luce dalla Terra, in direzione della costellazione di Orione.


Uno dei contributi principali alla scoperta viene inoltre dalla collaborazione del Fermi Large Area Telescope (LAT) della Nasa, nella cui equipe ha un ruolo di primo piano l’astrofisica italiana Sara Buson, che ha analizzato insieme alla collega tedesca Anna Franckowiak i dati raccolti dal telescopio LAT. Proprio questi dati sono stati la chiave di volta della scoperta, in quanto tracciano il percorso dei raggi gamma che hanno “accompagnato” il lungo viaggio dei neutrini cosmici, rivelando la sorgente che li ha originati.


Sara Buson

Sara Buson è una dei 4 mila scienziati italiani che lavorano in Nord America, che la fondazione ISSNAF  rappresenta e promuove. Nel 2017 è stata selezionata fra i 16 ricercatori italiani under 40 finalisti agli ISSNAF Awards, i premi annuali che vengono consegnati all’ambasciata italiana a Washington. La ricercatrice di 38 anni, nata a Pernumia (Padova), si è laureata in astrofisica all’Università di Padova dove ha poi conseguito il dottorato di ricerca e proseguito la carriera con un post-doc nel mondo dell’astrofisica delle alte energie. Oggi lavora come ricercatrice al Goddard Space Flight Center, centro NASA con sede a Greenbelt, nel Maryland, collaborando con il gruppo Fermi-LAT.

«Il 22 settembre 2017 l’osservatorio di neutrini IceCube, situato nell’Antartico, ha rilevato un neutrino, particella di massa quasi nulla ma dotata di un’altissima energia – racconta Sara Buson –, pari a 300 trilioni di elettronvolt, 45 volte più dell’energia creata dal più potente acceleratore di particelle presente sulla Terra. Nelle stesse ore il telescopio Fermi-LAT ha visto un fascio di raggi gamma che colpivano la terra, emessi da una sorgente nella stessa regione di cielo del neutrino. L’osservazione simultanea di neutrini e raggi gamma ha permesso per la prima volta di identificare l’origine del neutrino cosmico: il Nucleo galattico attivo TXS 0506+056 (AGN, Active Galactic Nuclei), una galassia che ospita al centro un buco nero supermassiccio. Il buco nero è in grado di inghiottire ma anche di espellere il materiale circostante, creando un gigantesco jet di plasma. In TXS 0506+056 il jet punta proprio verso la Terra, ed è all’interno di questo jet che sono stati originati i neutrini e raggi gamma osservati sulla Terra, accelerando ad altissime energie particelle dette “raggi cosmici”. I raggi cosmici, composti per la maggior parte da protoni, costituiscono un mistero lungo cent’anni. Queste particelle, di energie straordinariamente superiori a quelle ottenibili nei più potenti acceleratori terrestri, bombardano di continuo la Terra. Sebbene scoperti nei primi anni del 1900 e sin da allora ampiamente studiati, la loro natura era finora sconosciuta. Oggi, i neutrini di IceCube e i raggi gamma del Fermi-LAT forniscono per la prima volta il tassello mancante necessario per svelare la prima sorgente dei raggi cosmici».

«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, le cui doti abbiamo conosciuto lo scorso anno alla fase finale degli ISSNAF Awards. Come ISSNAF continueremo a promuovere ponti fra i “cervelli” di talento in Italia, negli Stati Uniti e in Canada».

«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, le cui doti abbiamo conosciuto lo scorso anno alla fase finale degli ISSNAF Awards. Come ISSNAF continueremo a promuovere ponti fra i “cervelli” di talento in Italia, negli Stati Uniti e in Canada».

 
Giovedì 12 Luglio 2018, 19:50 - Ultimo aggiornamento: 14-07-2018 10:12
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