Uno dei telescopi del Very Energetic Radiation Imaging Telescope System (VERITAS) nell'Arizona meridionale. VERITAS è gestito e gestito dall'Osservatorio Astrofisico Smithsonian. Credito:Steve Criswell (SAO)
L'array VERITAS ha confermato il rilevamento di raggi gamma ad alta energia dalle vicinanze di un buco nero supermassiccio situato in una galassia lontana, TX 0506+056. Sebbene questi rilevamenti siano relativamente comuni per VERITAS, questo buco nero è potenzialmente la prima fonte astrofisica conosciuta di neutrini cosmici ad alta energia, un tipo di particella subatomica spettrale che può essere prodotta da sorgenti astrofisiche di raggi cosmici ad altissima energia.
L'Università dello Utah è una delle istituzioni fondatrici e collaboratrici dell'osservatorio VERITAS. Co-autore Dave Kieda, professore di fisica e astronomia e preside della scuola di specializzazione degli U, ha guidato la progettazione, costruzione e aggiornamento di VERITAS che ha conferito allo strumento una maggiore sensibilità ai raggi gamma a bassa energia critici per la scoperta. Anushka Udara Abeysekara, ricercatore assistente professore di fisica e astronomia presso l'U, è anche coautore del documento.
"Questa è la prima volta che vediamo raggi gamma e neutrini ad alta energia generati da una comune fonte astrofisica. Questa è la prova che le galassie vicine e lontane con buchi neri supermassicci al loro centro stanno attivamente creando raggi cosmici ad alta energia, " ha detto Kieda. "È uno dei pezzi del puzzle necessari per risolvere il mistero della provenienza di questi raggi cosmici".
L'Università dello Utah gestisce anche l'osservatorio di raggi cosmici Telescope Array con sede a Delta, Utah. Nel 2015, il Telescope Array Group dell'Università dello Utah ha identificato un potenziale hotspot di raggi cosmici di altissima energia provenienti da un'ampia regione del cielo contenente numerose potenziali sorgenti extragalattiche di raggi cosmici. Poiché il campo magnetico della nostra Galassia piega la traiettoria delle particelle cosmiche in arrivo, il Telescope Array non è stato in grado di individuare alcuna singola galassia come l'origine dei raggi cosmici ad alta energia. La scoperta dei raggi gamma VERITAS, in combinazione con la rivelazione di neutrini ICECUBE, fornisce un modo per identificare direttamente una singola galassia come fonte di raggi cosmici ad alta energia. Questo approccio "multi-messaggero" all'astronomia, che impiega osservazioni congiunte di neutrini, raggi gamma, Raggi X e raggi cosmici:forniscono un importante passo avanti nella comprensione dell'origine astrofisica delle particelle più energetiche dell'universo.
"L'era dell'astrofisica multi-messaggero è qui, ", ha affermato il direttore della National Science Foundation France Córdova. "Ogni messaggero, dalle radiazioni elettromagnetiche, onde gravitazionali e ora neutrini - ci dà una comprensione più completa dell'universo, e importanti nuove intuizioni sugli oggetti e gli eventi più potenti nel cielo. Tali scoperte sono possibili solo attraverso un impegno a lungo termine nella ricerca fondamentale e investimenti in eccellenti strutture di ricerca".
La concezione di questo artista mostra un blazar:il nucleo di una galassia attiva alimentata da un buco nero supermassiccio. Gli scienziati che utilizzano l'array VERITAS hanno rilevato raggi gamma dal blazar TXS 0506+056, che è anche pensato per essere una fonte di neutrini. Credito:M. Weiss/CfA
VERITAS fornisce un pezzo fondamentale per il puzzle di scoperta dei neutrini
L'array VERITAS ha confermato il rilevamento di raggi gamma dalle vicinanze di un buco nero supermassiccio. Sebbene questi rilevamenti siano relativamente comuni per VERITAS, questo buco nero è potenzialmente la prima fonte astrofisica conosciuta di neutrini cosmici ad alta energia, un tipo di particella subatomica spettrale.
Il 22 settembre, 2017 l'Osservatorio dei neutrini IceCube, un telescopio per neutrini di un chilometro cubo situato al Polo Sud, rilevato un neutrino ad alta energia di potenziale origine astrofisica. Però, IceCube non è in grado di localizzare una sorgente di neutrini nel cielo. Per quello, gli scienziati avevano bisogno di maggiori informazioni.
Molto rapidamente dopo l'annuncio del rilevamento da parte di IceCube, telescopi di tutto il mondo, tra cui VERITAS (che sta per "Very Energetic Radiation Telescope Array System") sono entrati in azione per identificare la fonte. Il VERITAS, MAGIC e H.E.S.S. Gli osservatori di raggi gamma hanno tutti osservato la posizione del neutrino. Inoltre, anche altri osservatori di raggi gamma che monitorano gran parte del cielo a energie più basse e più alte hanno fornito copertura.
Queste osservazioni di follow-up della posizione approssimativa del neutrino IceCube suggeriscono che la fonte del neutrino è un blazar, che è un buco nero supermassiccio con potenti getti in uscita che possono cambiare drasticamente di luminosità nel tempo. Questo blazar, noto come TXS 0506+056, si trova al centro di una galassia a circa 4 miliardi di anni luce dalla Terra.
Inizialmente, Il telescopio spaziale a raggi gamma Fermi della NASA ha osservato che TXS 0506+056 era molte volte più luminoso di quanto si vede normalmente nel suo monitoraggio di tutto il cielo. Infine, l'osservatorio MAGIC ha rilevato raggi gamma di energia molto più elevata circa due settimane dopo il rilevamento del neutrino, mentre VERITAS, H.E.S.S. e HAWC non hanno visto il blazar in nessuna delle loro osservazioni durante le due settimane successive all'allerta.
Data l'importanza dei rilevamenti di raggi gamma ad alta energia nell'identificare la possibile sorgente del neutrino, VERITAS ha continuato ad osservare TXS 0506+056 nei mesi successivi, fino a febbraio 2018, e ha rivelato la fonte ma in uno stato più debole rispetto a quello rilevato da MAGIC.
Il rilevamento di raggi gamma coincidenti con i neutrini è allettante, poiché entrambe le particelle devono essere prodotte nella generazione dei raggi cosmici. Da quando sono stati scoperti per la prima volta più di cento anni fa, i raggi cosmici, particelle altamente energetiche che piovono continuamente sulla Terra dallo spazio, hanno posto un mistero duraturo. Cosa crea e lancia queste particelle su distanze così vaste? Da dove vengono?
"La potenziale connessione tra l'evento del neutrino e TXS 0506+056 getterebbe nuova luce sui meccanismi di accelerazione che avvengono al centro di queste galassie, e fornire indizi sulla secolare questione dell'origine dei raggi cosmici, " ha affermato il coautore e portavoce di VERITAS Reshmi Mukherjee del Barnard College, Columbia University di New York, New York.
"L'astrofisica sta entrando in una nuova entusiasmante era di osservazioni multi-messaggero, in cui si studiano le sorgenti celesti attraverso il rilevamento della radiazione elettromagnetica che emettono attraverso lo spettro, dalle onde radio ai raggi gamma ad alta energia, in combinazione con mezzi non elettromagnetici, come le onde gravitazionali e i neutrini ad alta energia, ", ha affermato il coautore Marcos Santander dell'Università dell'Alabama a Tuscaloosa.
Un documento che descrive le profonde osservazioni VERITAS di TXS 0506+056 appare online in The Lettere per riviste astrofisiche il 12 luglio 2018.
