Gli astrofisici russi si sono avvicinati alla determinazione dell'origine dei neutrini ad alta energia dallo spazio. Il team ha confrontato i dati sulle particelle sfuggenti raccolte dall'osservatorio di neutrini antartici IceCube e sulle lunghe onde elettromagnetiche misurate dai radiotelescopi. I neutrini cosmici si sono rivelati collegati a brillamenti al centro di lontane galassie attive, che si ritiene ospitino buchi neri supermassicci. Mentre la materia cade verso il buco nero, parte di essa viene accelerata ed espulsa nello spazio, dando origine a neutrini che poi percorrono l'universo quasi alla velocità della luce.

Lo studio è pubblicato su Giornale Astrofisico ed è anche disponibile dal repository di preprint di arXiv.

I neutrini sono particelle misteriose così piccole che i ricercatori non ne conoscono nemmeno la massa. Passano senza sforzo attraverso gli oggetti, persone e persino interi pianeti. I neutrini ad alta energia vengono creati quando i protoni accelerano quasi alla velocità della luce.

Gli astrofisici russi si sono concentrati sulle origini dei neutrini ad altissima energia a 200 trilioni di elettronvolt o più. Il team ha confrontato le misurazioni della struttura IceCube, sepolto nel ghiaccio antartico, con un gran numero di osservazioni radio. È stato scoperto che le particelle elusive emergono durante i brillamenti a radiofrequenza al centro dei quasar.

I quasar sono sorgenti di radiazioni al centro di alcune galassie. Sono costituiti da un enorme buco nero che consuma materia che galleggia in un disco attorno ad esso ed emette getti estremamente potenti di gas ultracaldo.

"I nostri risultati indicano che i neutrini ad alta energia nascono in nuclei galattici attivi, soprattutto durante i bagliori radiofonici. Poiché sia ​​i neutrini che le onde radio viaggiano alla velocità della luce, raggiungono la Terra contemporaneamente, " ha detto il primo autore dello studio Alexander Plavin.

Plavin è un dottorato di ricerca. studente presso l'Istituto di fisica Lebedev dell'Accademia russa delle scienze (RAS) e l'Istituto di fisica e tecnologia di Mosca. Come tale, è uno dei pochi giovani ricercatori ad ottenere risultati di quel calibro all'inizio della loro carriera scientifica.

I neutrini vengono da dove nessuno si aspettava

Dopo aver analizzato circa 50 eventi di neutrini rilevati da IceCube, il team ha dimostrato che queste particelle provengono da quasar luminosi visti da una rete di radiotelescopi in tutto il pianeta. La rete utilizza il metodo più preciso per osservare oggetti distanti nella banda radio:l'interferometria della linea di base molto lunga. Questo metodo in sostanza crea un telescopio gigante posizionando molte antenne in tutto il mondo. Tra gli elementi più grandi di questa rete c'è il telescopio di 100 metri della Max Planck Society a Effelsberg.

Inoltre, il team ha ipotizzato che i neutrini siano emersi durante i brillamenti radio. Per testare questa idea, i fisici hanno studiato i dati del radiotelescopio russo RATAN-600 nel Caucaso settentrionale. L'ipotesi si è rivelata altamente plausibile nonostante l'assunto comune che i neutrini ad alta energia dovrebbero originarsi insieme ai raggi gamma.

"Precedenti ricerche sulle origini dei neutrini ad alta energia avevano cercato la loro fonte proprio "sotto i riflettori". Abbiamo pensato di testare un'idea non convenzionale, anche se con poche speranze di successo. Ma siamo stati fortunati, " dice Yuri Kovalev dell'Istituto Lebedev, MIPT, e l'Istituto Max Planck per la radioastronomia. "I dati di anni di osservazioni su array di radiotelescopi internazionali hanno permesso questa scoperta molto eccitante, e la banda radio si è rivelata cruciale nell'individuare le origini dei neutrini".

"All'inizio, i risultati sembravano troppo belli per essere veri, ma dopo aver riesaminato attentamente i dati, abbiamo confermato che gli eventi dei neutrini erano chiaramente associati ai segnali captati dai radiotelescopi, " ha aggiunto Sergey Troitsky dell'Istituto per la ricerca nucleare della RAS. "Abbiamo verificato tale associazione sulla base dei dati di osservazioni di anni del telescopio RATAN dell'Osservatorio astrofisico speciale RAS, e la probabilità che i risultati siano casuali è solo dello 0,2%. Questo è un bel successo per l'astrofisica dei neutrini, e la nostra scoperta ora richiede spiegazioni teoriche".

Il team intende ricontrollare i risultati e capire il meccanismo alla base delle origini dei neutrini nei quasar utilizzando i dati di Baikal-GVD, un rivelatore di neutrini subacquei nel lago Baikal, che è nelle fasi finali di costruzione e già in parte operativa. I cosiddetti rivelatori Cherenkov, utilizzati per individuare i neutrini, tra cui IceCube e Baikal-GVD, si basano su una grande massa di acqua o ghiaccio come mezzo sia per massimizzare il numero di eventi di neutrini sia per prevenire l'attivazione accidentale dei sensori. Certo, osservazioni continue di galassie lontane con radiotelescopi sono ugualmente cruciali per questo compito.