Neutrini ad alta energia dalla vicina galassia attiva M77

IceCube offre un primo sguardo a un buco nero supermassiccio oscurato

Rappresentazione del sistema di rivelatori di neutrini di IceCube.

Dopo aver fatto affidamento per secoli alla sola luce, lo sviluppo dell’astronomia multimessaggero nell’ultimo decennio ha rivoluzionato lo studio del Cosmo. Il rilevamento di vettori dell’informazione aggiuntivi alla luce, è stato possibile grazie a strumenti all’avanguardia con cui si sono potuti indagare le onde gravitazionali e i flussi di neutrini generati in vari processi astrofisici.

Un ruolo particolare, specialmente nel rilevamento di neutrini cosmici ad alta energia, è rivestito da IceCube Neutrino Observatory, con i suoi rivelatori a circa 2 Km di profondità dentro il ghiaccio antartico. La collaborazione internazionale IceCube presenta adesso prove di una sorgente di neutrini registrati tra il 2011 e 2020 riconducibili alla galassia NGC 1068, più nota come Messier 77 (M77).

Messier 77 ripresa dal Very Large Telescope (a sinistra) e con tecniche di interferometria (a destra). (ESO)

Una galassia attiva

Situata nella costellazione della Balena a 47 milioni di anni luce, M77 è un facile oggetto anche per strumenti amatoriali. È nota da qualche tempo per essere una galassia attiva, cioè caratterizzata da una regione centrale particolarmente energica a causa della presenza di un buco nero supermassiccio.

Le osservazioni avevano mostrato un fondo diffuso di neutrini ad alta energia di origine extragalattica e di non facile identificazione. La Collaborazione IceCube è stata in grado di tracciare la direzione di arrivo delle particelle per ricondurle a qualcuna di 110 sorgenti puntiformi di raggi gamma, cosa non semplice perché i neutrini interagiscono pochissimo con la materia. Ciononostante, un’ottantina di tali registrazioni portava a M77 e al suo nucleo galattico attivo (AGN).

Un neutrino può individuare una fonte. Ma solo un’osservazione con più neutrini rivelerà il nucleo oscurato degli oggetti cosmici più energetici. IceCube ha accumulato circa 80 neutrini di energia teraelettronvolt da NGC 1068, che non sono ancora sufficienti per rispondere a tutte le nostre domande, ma sono sicuramente il prossimo grande passo verso la realizzazione dell’astronomia dei neutrini, afferma Francis Halzen, ricercatore principale di IceCube.

Rappresentazione artistica di un rivelatore di IeCube nella profondità dei ghiacci antartici.

Una risposta a domande fondamentali

I neutrini potrebbero essere la chiave per rispondere a domande fondamentali sul funzionamento dei nuclei galattici attivi, la cui radiazione non è prodotta dalle stelle ma dalla materia in caduta nel buco nero supermassiccio.

Quello di M77 è un caso particolare perché osserviamo la regione nucleare sotto un angolo da cui non vediamo il buco nero centrale a causa di un toro di polveri. Tali AGN sono detti Seyfert II e hanno la caratteristica di esibire radiazione in prevalenza prodotta dal disco di accrescimento riscaldato a temperature elevatissime.

Rappresentazione di un nucleo galattico attivo (AGN). Nel suo centro risiede un buco nero supermassiccio. (DESY, Science Communication Lab)

Il toro di polveri e gas blocca i raggi gamma emessi dal disco di accrescimento, ma non i neutrini associati. Queste particelle diventano quindi essenziali per conoscere tali ambienti estremi, altrimenti non indagabili con altri vettori d’informazione. M77 ha quindi tutte le caratteristiche per essere una sorgente di riferimento per l’astronomia extragalattica dei neutrini.

Tracciare la via per i nuovi strumenti

Tutto questo è stato possibile anche grazie al miglioramento e calibrazione dei rivelatori da cui è derivata una maggiore capacità di determinare la direzione di arrivo degli eventi catturati. L’esperienza maturata permetterà di progettare i futuri strumenti con maggiori capacità risolutive e direttive. Questo significa che la prossima generazione di Osservatori avrà rivelatori più sensibili con maggiore possibilità di scoprire fenomeni nuovi. Il futuro osservatorio IceCube-Gen2 potrebbe rilevare molti più di questi acceleratori di particelle estremi e consentire anche il loro studio a energie ancora più elevate.

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Informazioni su Giuseppe Donatiello 294 Articoli
Nato nel 1967, astrofilo da sempre. Interessato a tutti gli aspetti dell'astronomia, ha maturato una predilezione per il deep-sky, in particolare verso i temi riguardanti il Gruppo Locale e l'Universo Locale. Partecipa a programmi Pro-Am nello studio dei flussi stellari in galassie simili alla Via Lattea mediante tecniche di deep-imaging. Ha scoperto sei galassie nane vicine: Donatiello I (2016), Donatiello II, III e IV nel sistema di NGC 253 (2020), Pisces VII (2020) e Pegasus V (2021) nel sistema di M31. Astrofotografo e autore di centinaia di articoli, alcuni con revisione paritaria.