'Cosmic Messenger': misterioso 'neutrino ad altissima energia' rilevato al di fuori della nostra galassia

Una galassia lontana, lontana. Il CNRS parla di "terremoto" e di "nuova finestra sull'Universo". Un neutrino (particella molto presente nell'Universo, ndr) con un'energia trenta volte superiore a quella mai registrata sulla Terra è stato individuato sul fondale del Mediterraneo , si apprende da uno studio pubblicato questo mercoledì 12 febbraio sulla rivista Nature .

È la più energetica delle particelle elementari. E dovrebbe contribuire a compiere progressi significativi nella comprensione dei fenomeni estremi dell'Universo.

Questa scoperta "sconvolge gli attuali modelli astrofisici", scrive il CNRS in un comunicato stampa.

Sebbene l'origine di questa incredibile particella non sia ancora stata identificata, gli scienziati sono certi che non provenga dalla nostra galassia.

Particella elementare abbondante nell'Universo ma sfuggente, il neutrino, come indica il suo nome, non ha carica elettrica e quasi nessuna massa: quest'ultima è un milione di volte più debole di quella dell'elettrone. È anche la particella massiva più leggera conosciuta. Inoltre, interagisce solo debolmente con la materia.

I neutrini sono di particolare interesse per gli scienziati perché sono "speciali messaggeri cosmici", spiega Rosa Coniglione, ricercatrice dell'Istituto Italiano di Fisica Nucleare, nel comunicato stampa che accompagna la pubblicazione dello studio.

Gli eventi più violenti nell'Universo, come l'esplosione di una supernova, la fusione di due stelle di neutroni o l'attività attorno ai buchi neri supermassicci, generano i cosiddetti neutrini "ad altissima energia".

Poiché queste particelle interagiscono poco con la materia, possono fuoriuscire dalle aree dense e turbolente che le hanno prodotte e poi viaggiare in linea retta attraverso l'Universo. E quindi forniscono informazioni preziose, inaccessibili con metodi più classici, sui fenomeni astrofisici alla loro origine.

"Per fare un esempio, se volessimo fermare metà dei neutrini che ci vengono incontro, dovremmo costruire un muro di piombo spesso novemila miliardi di chilometri", spiega in un video Sonia El Hedri, astrofisica del CNRS.

Tuttavia, queste particelle "fantasma" sono estremamente difficili da rilevare. 60 miliardi di neutrini attraversano ogni centimetro quadrato della Terra al secondo senza lasciare la minima traccia, specifica il CNRS.

Per sperare di catturarne qualcuno a mezz'aria, è necessario un volume d'acqua enorme: almeno un chilometro cubo, l'equivalente di 400.000 piscine olimpioniche. Ecco perché il Mediterraneo ospita il Cubic Kilometer Neutrino Telescope (KM3NeT).

Ancora in fase di costruzione, è distribuito su due siti: ARCA, dedicato all'astronomia delle alte energie, a 3.450 metri di profondità al largo della costa siciliana (Italia) e ORCA, ottimizzato per studiare le proprietà fondamentali del neutrino, a 2.450 metri di profondità al largo di Tolone (Francia).

Cavi lunghi diverse centinaia di metri, dotati di fotomoltiplicatori in grado di amplificare piccolissime quantità di luce, sono ancorati al fondale marino a distanze regolari.

"L'interesse dell'acqua è che quando il neutrino interagisce in generale nella materia, produce particelle elettricamente cariche. E se queste particelle si muovono abbastanza velocemente in un mezzo, possono causare l'emissione di luce", spiega Sonia El Hedri. Questo è chiamato effetto Cherenkov.

"L'acqua, grazie alla sua trasparenza, è un mezzo particolarmente indicato per rilevare questo effetto", continua l'astrofisico.

Il 13 febbraio 2023, un muone, un elettrone pesante prodotto da un neutrino, "ha attraversato l'intero rilevatore ARCA, inducendo segnali in più di un terzo dei sensori attivi", afferma KM3NeT, una collaborazione che riunisce 350 scienziati provenienti da 21 paesi.

All'origine il neutrino aveva un'energia di 220 petaelettronvolt (PeV), ovvero 200 milioni di miliardi di elettronvolt. Una figura colossale, mai vista prima sulla Terra.

"Si tratta dell'energia di una pallina da ping-pong che cade da un'altezza di un metro", ma contenuta "in una singola particella elementare", ha spiegato Aart Heijboer, professore presso l'Istituto olandese di fisica subatomica (Nikhef) e membro di KM3NeT durante una conferenza stampa.

Solo che una pallina da ping-pong è composta da trilioni di molecole, mentre questa è una singola particella elementare che trasporta la stessa quantità di energia.

Per produrre una particella del genere sarebbe necessario un acceleratore "tutto attorno alla Terra, alla stessa distanza dei satelliti geostazionari", ha aggiunto Paschal Coyle, direttore di ricerca del CNRS presso il Centro di fisica delle particelle di Marsiglia.

"Buco nero nascosto nel cuore di una galassia? Lampo gamma? Supernova?", la sua origine è messa in discussione dal CNRS questo mercoledì.

Con un tale livello energetico, l'origine del neutrino non può che essere cosmica. La distanza dell'evento che l'ha prodotto "è sconosciuta", ma "ciò di cui siamo abbastanza certi è che non proviene dalla nostra galassia", ha sottolineato Damien Dornic, ricercatore del CPPM.

Gli astrofisici hanno identificato dodici blazar , sorgenti estreme di radiazioni che accelerano incessantemente particelle alimentate da buchi neri massicci, potenzialmente compatibili.

Potrebbe anche trattarsi della prima rilevazione di un neutrino "cosmogenico", risultato di "un'interazione di raggi cosmici ultra-energetici con fotoni provenienti dallo sfondo cosmico intergalattico", ha spiegato Rosa Coniglione.

Ciò potrebbe aiutare a comprendere "la composizione di questi raggi cosmici" e "l'evoluzione dell'Universo".

"Quando si è verificato questo evento, il nostro sistema di allerta per i neutrini era ancora in fase di sviluppo", ha osservato Aart Heijboer. Entro la fine dell'anno, quando verrà effettuata una nuova rilevazione, verrà inviato un avviso nel giro di pochi secondi "a tutti i telescopi del mondo, in modo che possano puntare in quella direzione" del cielo e cercare una fonte.