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No raggi gamma? Colpa dei neutrini

Uno studio realizzato con i dati provenienti dal rivelatore di neutrini IceCube in Antartide e dal telescopio spaziale Fermi mostra che i neutrini cosmici potrebbero ‘bloccare’ l’emissione di raggi gamma ad alta energia. I risultati su Physical Review Letters

Sepolti nel ghiaccio antartico, a una profondità che arriva a superare i 2.000 metri, lavorano da qualche anno i rivelatori di IceCube, il South Pole Neutrino Observatory.

 

L’osservatorio nel Polo Sud aveva già fatto parlare parecchio di sé alla fine del 2013, quando rilevò per la prima volta neutrini altamente energetici provenienti dall’esterno del Sistema Solare.

 

Oggi una nuova scoperta punta ancora i riflettori sul rivelatore dell’Antartide: un articolo in uscita su Physical Review Letters annuncia che la fonte dei neutrini cosmici potrebbe in qualche modo impedire l’osservazione di raggi gamma ad alta energia.

 

In che modo? Per spiegarlo occorre fare un passo indietro, all’origine dei neutrini cosmici. “I neutrini sono una delle particelle fondamentali che costituiscono il nostro universo – dice Kohta Murase, ricercatore della Penn State University e prima firma dello studio – e provengono da una porzione di spazio oltre la Via Lattea. I neutrini ad alta energia sono prodotti insieme ai raggi gamma dai raggi cosmici in oggetti quali ammassi di galassie o buchi neri supermassicci”.

 

I neutrini nascono quindi all’interno di oggetti incredibilmente densi ed energetici. E questo è il primo fattore fondamentale.

 

Il secondo è che come particelle neutre, i neutrini non sono influenzati dalle forze elettromagnetiche quando viaggiano attraverso lo spazio. Questo li rende particolarmente preziosi: i neutrini rilevati sulla Terra tracciano infatti una sorta di “sentiero diretto” verso la distante fonte astrofisica che li ha generati. Non solo: i neutrini difficilmente interagiscono con altri tipi di materia, quindi arrivano sul nostro pianeta senza portare con sé i segni dell’ambiente incredibilmente denso in cui vengono prodotti.

 

Murase e colleghi hanno ipotizzato che i neutrini cosmici catturati da IceCube fossero stati originati dall’interazione di raggi cosmici con diversi “ingredienti”: materia (la cosiddetta interazione protone-protone); luce (interazione protone-fotone) oppure materia oscura.

 

Dal momento che queste interazioni generano sia neutrini ad alta energia che raggi gamma ad alta energia, i ricercatori hanno confrontato i dati di IceCube con quelli del telescopio spaziale Fermi, il Gamma-ray Space Telescope della NASA cui l’Italia collabora con Agenzia Spaziale Italiana (ASI), Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) e Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN).  

 

Stranamente, i dati non coincidevano: i neutrini di IceCube mostravano bizzarre contraddizioni rispetto ai raggi gamma misurati da Fermi.

 

“Abbiamo utilizzato calcoli sofisticati – racconta Murase – che ci hanno portato a una nuova, intrigante ipotesi: un ‘acceleratore nascosto’ all’origine dei neutrini cosmici che non riuscivamo a osservare con Fermi”.

 

In altre parole, i raggi gamma ad alta energia dovevano essere in qualche modo bloccati, e questo impediva loro di “scappare” dalla fonte che li aveva generati.

 

Ma quale tipo di evento astrofisico è in grado al tempo stesso di produrre i neutrini e di sopprimere i raggi gamma?

 

“Abbiamo trovato che la soppressione di raggi gamma avviene quando i neutrini sono prodotti dalle interazioni protone-fotone”, dice Murase. Ecco quindi il processo responsabile dello stop dei raggi gamma: i fotoni a bassa energia che interagiscono con i protoni per produrre neutrini, in questo caso impediscono ai raggi gamma di essere rilasciati.

 

Questo significa che la quantità di raggi gamma associati ai neutrini che riescono a raggiungere la Terra è inferiore al livello minimo misurabile da Fermi.

 

Secondo gli autori dello studio, a cui ha partecipato anche l’italiana Dafne Guetta dell’INAF - Osservatorio Astronomico di Roma, questo risultato implica che i neutrini cosmici possono essere utilizzati come “sonde speciali”, in grado di indicare la presenza di ambienti astrofisici particolarmente densi.

 

Se dunque l’assenza dei raggi gamma è “colpa” dei neutrini cosmici, queste affascinanti particelle possono al tempo stesso essere la chiave per risolvere altri misteri della fisica moderna.