Un messaggio in bottiglia cosmico è giunto sulla Terra, arrestando la propria corsa tra i ghiacci dell’Antartide, dopo aver viaggiato indisturbato per 4 miliardi e mezzo di anni a una velocità prossima a quella della luce. A trasportarlo uno speciale messaggero. Elusivo come un fantasma, considerato da molti fisici “la particella più vicina al nulla che esiste”, può attraversare l’intera superficie terrestre senza la minima interazione, come se il pianeta fosse trasparente. Camaleontico come un personaggio pirandelliano, riesce a cambiare abito lungo il suo viaggio. È il neutrino, nome affibbiatogli dal fisico italiano Enrico Fermi negli Anni ‘30 perché privo di carica elettrica. Per la prima volta gli scienziati sono riusciti a individuare la sorgente di una di queste sfuggenti particelle nate al di fuori della Via Lattea, grazie alla presenza di altri compagni di viaggio: i fotoni ad alta energia dei raggi gamma. Un risultato inseguito da decenni. L’annuncio è stato dato in una conferenza stampa della National science foundation (Nsf) Usa.

È la prima volta di un’osservazione congiunta di neutrini e fotoni energetici. Si tratta di un nuovo modo di scrutare il cielo, che ha debuttato nell’agosto 2017 con la cattura del primo segnale congiunto di onde gravitazionali e fotoni emessi dalla collisione tra due stelle di neutroni: gli esperti chiamano questa nuova frontiera astronomia multimessaggero. I dettagli di questa straordinaria pesca cosmica sono illustrati in diversi studi pubblicati sulle riviste Science, in copertina, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society e The Astrophysical Journal. Fondamentale il contributo del nostro Paese. Tra gli autori delle ricerche ci sono, infatti, molti scienziati italiani: dell’Istituto nazionale di astrofisica (Inaf), dell’Istituto nazionale di fisica nucleare (Infn), dell’Agenzia spaziale italiana (Asi) e dello European southern observatory (Eso).

Un telescopio sepolto tra i ghiacci
A lanciare nel cosmo lo speciale messaggio in bottiglia è stata una tra le sorgenti più energetiche e violente dell’universo, un vero e proprio mostro cosmico che erutta energia e materia a velocità vicine a quella della luce. Si tratta di una galassia attiva in direzione della costellazione di Orione con al centro un buco nero gigantesco, grande miliardi di volte il Sole, che come un’aspirapolvere cosmico attrae con la propria gravità ogni cosa gli capiti a tiro, luce compresa. Gli esperti lo chiamano blazar (dall’inglese blazing quasi-stellar object), per la sua estrema luminosità. Questi mostri cosmici sono acceleratori di particelle naturali che operano a energie elevatissime, non riproducibili sulla Terra. A catturare e decifrare il messaggio del neutrino, solitario ma preziosissimo perché autentico fossile cosmico in grado di raccontare di violente esplosioni che avvengono nei più lontani recessi dell’universo, è stato il più grande telescopio per neutrini del mondo: IceCube. Realizzato presso la stazione Amundsen-Scott del Polo Sud dai ricercatori di 49 istituti di ricerca provenienti da 12 Paesi con il contributo della Nsf, è grande un chilometro cubo, come dice il suo stesso nome. È un’enorme rete da pesca per neutrini con più di 5mila sensori ottici, occhi sensibilissimi affondati nella calotta antartica a una profondità compresa tra 1450 e 2450 metri. “I neutrini – spiegano gli scienziati di IceCube – sono preziosi messaggeri per studiare eventi estremi dell’universo in un modo completamente nuovo. La loro scoperta – aggiungono – può infatti aiutare a comprendere alcuni misteri del cosmo: come esplode una stella, cosa accade nei pressi di un buco nero e qual è l’origine dei raggi cosmici che piovono incessantemente sulla Terra”.

Un viaggio nel cosmo iniziato quando la Terra era da poco nata
È il 22 settembre 2017 quando IceCube osserva un singolo neutrino, battezzato poi IC-170922A. Il suo viaggio è iniziato quando la Terra era da poco nata. Questo messaggero attira subito l’attenzione degli scienziati, perché ha un’energia molto alta, pari a 290 mila miliardi di elettronvolt (290 TeV). Per avere una misura delle energie coinvolte, basti pensare che nell’acceleratore di particelle più potente del mondo, l’Lhc del Cern di Ginevra, ciascuno dei due fasci di protoni che circola lungo la pista magnetica di 27 chilometri per poi collidere ha un’energia di 6,5 Tev. Per gli esperti, l’elevata energia del neutrino cosmico – un evento raro se si pensa che in poco più di 5 anni sono stati meno di un centinaio i neutrini energetici catturati da IceCube – indica con ogni probabilità, che “proviene da molto lontano, generato da un oggetto celeste molto violento”. Ma per saperne di più sulla natura del mostro extragalattico che lo ha generato, è necessario studiare anche i suoi compagni di viaggio, i fotoni ad alta energia, reclutando altri osservatori, 15 in tutto, disseminati sia a Terra che nello spazio. In base alle attuali teorie astrofisiche, infatti, la produzione di neutrini cosmici è sempre accompagnata dall’emissione di raggi gamma.

Dai ghiacci del Polo Sud parte un SOS cosmico
Per questo, non appena IceCube cattura IC-170922A, lancia immediatamente una speciale “allerta neutrino” a tutti i telescopi, sia spaziali che terrestri, nella speranza che le loro osservazioni possano aiutare a individuarne con precisione la sorgente. Il primo a raccogliere l’appello è il satellite Fermi – realizzato dalla Nasa con l’importante partecipazione di Inaf, Infn e Asi – con il suo telescopio Lat (Large area telescope). Gli sforzi dei ricercatori vengono premiati. Fermi riesce a osservare i raggi gamma provenienti dalla direzione del neutrino. E, soprattutto, a individuarne la sorgente in un blazar, nome in codice TXS 0506+056. A questo punto, anche Fermi lancia l’allerta sotto forma di un “telegramma astronomico”, che consente a tutti gli altri 14 esperimenti di volgere il proprio sguardo verso la sorgente cosmica. E di aggiungere uno per volta tutti i pezzi mancanti del puzzle. Tra i primi strumenti chiamati in causa c’è il satellite italiano Agile, realizzato dall’Asi con il contributo di Inaf e Infn, che conferma l’osservazione del blazar TXS 0506+056 e lancia a sua volta un altro telegramma di allerta. Insieme ad Agile sono coinvolti altri osservatori, come i telescopi terrestri Magic (Major atmospheric gamma imaging cherenkov telescope), realizzati e gestiti con il contributo di Inaf e Infn sull’isola di La Palma alle Canarie, quelli spaziali Swift e Nustar della Nasa e Integral dell’European space agency (Esa). “Con questa osservazione – sottolinea Paolo Padovani, dell’Eso – abbiamo dato un contributo fondamentale per dimostrare che i blazar sono una delle fonti dei neutrini cosmici”. La nuova finestra sul cosmo è spalancata, adesso gli scienziati hanno nuovi messaggeri per esplorare i tanti segreti che ancora l’universo nasconde e, come sottolinea Elisa Resconi, studiosa di neutrini tra i responsabili di IceCube, sanno “meglio di prima dove guardare e cosa cercare”.

Gli abstract dei due studi su Science

L’abastract: “Multimessenger observations…”

L’abstract: “Neutrino emission from…”

Foto in evidenza: Icecube/NSF

Foto interne:  IceCube Collaboration/NSF e DESY, Science Communication Lab

Il sito del telescopio per neutrini IceCube