Alla fine del 2019, Betelgeuse, la stella che forma la spalla sinistra della costellazione di Orione, cominciò a diminuire notevolmente, inducendo la speculazione di una supernova imminente. Se è esploso, questo vicino cosmico a soli 700 anni luce dalla Terra sarebbe visibile durante il giorno per settimane. Eppure il 99% dell'energia dell'esplosione non sarebbe trasportata dalla luce, ma dai neutrini, particelle simili a fantasmi che raramente interagiscono con altra materia.

Se Betelgeuse diventa presto una supernova, rilevare i neutrini emessi "aumenterebbe notevolmente la nostra comprensione di ciò che sta accadendo nel profondo del nucleo di una supernova, ", ha affermato il teorico del Fermilab Sam McDermott. E rappresenterebbe un'opportunità unica per studiare le proprietà dei neutrini stessi. The Deep Underground Neutrino Experiment, ospitato da Fermilab e pianificato di iniziare l'attività alla fine degli anni 2020, viene sviluppato con questi obiettivi in ​​mente.

Il rivelatore lontano di DUNE, un enorme serbatoio di argon liquido presso il Sanford Underground Research Facility nel South Dakota, raccoglierà i segnali lasciati dai neutrini trasmessi dal Fermilab e da quelli provenienti dallo spazio. Poiché una supernova emette neutrini in modo uniforme in tutte le direzioni, il numero di neutrini che DUNE potrebbe rilevare diminuisce come il quadrato della distanza tra la supernova e la Terra. Questo è, il numero di neutrini che è stato possibile individuare 10, 000 anni luce di distanza da una supernova è 100 volte inferiore al numero che potrebbe essere rilevato da una supernova altrettanto potente 1, 000 anni luce di distanza.

Per questa ragione, se si verifica una supernova nel mezzo della nostra galassia, a decine di migliaia di anni luce di distanza, DUNE rileverà probabilmente qualche migliaio di neutrini. A causa della relativa vicinanza di Betelgeuse, però, gli scienziati si aspettano che DUNE rilevi circa un milione di neutrini se la supergigante rossa esploderà nei prossimi decenni, offrendo una miriade di dati.

Anche se la luce della supernova di Betelgeuse sarebbe rimasta per settimane, l'esplosione dei neutrini sarebbe durata solo pochi minuti.

"Immagina di essere nella foresta, e c'è un prato e ci sono le lucciole, ed è l'ora della notte dove ne escono migliaia, "ha detto Georgia Karagiorgi, un fisico della Columbia University che guida il team di selezione dei dati di DUNE. "Se potessimo vedere le interazioni dei neutrini con i nostri occhi nudi, è un po' come sembrerebbe nel rilevatore DUNE."

Il rivelatore non fotograferà direttamente i neutrini in arrivo. Piuttosto, seguirà i percorsi delle particelle cariche generate quando i neutrini interagiscono con gli atomi di argon. Nella maggior parte degli esperimenti, le interazioni dei neutrini saranno abbastanza rare da evitare confusione su quale neutrino ha causato quale interazione e in quale momento. Ma durante la supernova di Betelgeuse, così tanti neutrini che arrivano così rapidamente potrebbero rappresentare una sfida nell'analisi dei dati, simile al monitoraggio di una singola lucciola in un prato brulicante di insetti.

"Per rimuovere le ambiguità, ci basiamo su informazioni leggere che riceviamo prontamente non appena l'interazione ha luogo, " ha detto Karagiorgi. Combinare la firma luminosa e la firma di carica consentirebbe ai ricercatori di distinguere quando e dove si verifica ogni interazione di neutrini.

Da li, i ricercatori ricostruirebbero come i tipi, o sapori, e le energie dei neutrini in arrivo variavano nel tempo. Il modello risultante potrebbe quindi essere confrontato con modelli teorici della dinamica delle supernove. E potrebbe far luce sulle masse ancora sconosciute di neutrini o rivelare nuovi modi in cui i neutrini interagiscono tra loro.

Certo, gli astronomi che sperano che Betelgeuse diventi una supernova sono interessati anche alla luce generata dall'esplosione della stella. Una volta completato, DUNE si unirà al sistema di allerta precoce delle supernovae, o NEVE, una rete di rivelatori di neutrini in tutto il mondo progettata per inviare automaticamente un avviso quando una supernova è in corso nella nostra galassia. Poiché i neutrini attraversano una supernova senza ostacoli, mentre le particelle di luce vengono continuamente assorbite e riemesse fino a raggiungere la superficie, l'esplosione di neutrini arriva sulla Terra ore prima della luce, da qui l'allerta precoce.

SNEWS non ha mai inviato un avviso. Sebbene centinaia di supernovae vengano osservate ogni anno, il più recente abbastanza vicino alla Terra da poter rilevare i suoi neutrini si è verificato nel 1987, più di un decennio prima che SNEWS arrivasse online. Sulla base di altre osservazioni, gli astronomi si aspettano che una supernova si verifichi in media nella nostra galassia più volte al secolo.

"Se gestiamo DUNE per qualche decennio, abbiamo buone probabilità di vederne uno, e potremmo estrarne molta scienza, " ha detto Alec Habig, un fisico all'Università del Minnesota, Duluth, che coordina SNEWS e si occupa di acquisizione dati su DUNE. "Quindi assicuriamoci di potercela fare."

Dato l'enorme raggio della supergigante rossa, Habig ha detto, DUNE rileverebbe i neutrini da Betelgeuse fino a 12 ore prima che la luce dell'esplosione raggiunga la Terra, dando agli astronomi tutto il tempo per puntare i loro telescopi alla spalla di Orione.

Le continue osservazioni di Betelgeuse suggeriscono che il suo recente oscuramento fosse un segno della sua naturale variabilità, non una supernova imminente. Le stime attuali danno alla stella fino a 100, 000 anni di vita.

Ma se gli scienziati sono fortunati, "un'esplosione a Betelgeuse sarebbe un'opportunità straordinaria, " ha detto McDermott, "e DUNE sarebbe una macchina incredibile per il lavoro."