L’osservatorio antartico per neutrini ha prodotto la prima prova statisticamente significativa dell’esistenza di un’emissione di neutrini provenienti dalla Via Lattea. Il risultato su Science
Osservare i neutrini grazie al machine learning
Inseguita da generazioni di astrofisici, l’emissione diffusa di neutrini ad alta energia proveniente dalla Via Lattea è stata finalmente confermata grazie ad IceCube, una rete di cinquemila fotomoltiplicatori calati nei ghiacci del Polo Sud a formare un unico rivelatore da un chilometro cubo – il più grande al mondo per lo studio di queste specifiche emissioni.
L’esperimento IceCube Collaboration consiste nel più grande osservatorio di neutrini al mondo e, con l’aiuto del machine learning, ha confermato un’emissione che va da 500 GeV fino a diversi PeV. La scoperta è stata possibile grazie a nuovi modelli teorici di emissione di neutrini, come quello chiamato KRA_gamma, sviluppato da ricercatori dell’INFN e delle Università di Pisa, Federico II di Napoli, Sapienza di Roma, in collaborazione con il Gran Sasso Science Institute (GSSI) e con l’Università di Stoccolma. I risultati di IceCube sono stati pubblicati su Science.
IceCube ha cominciato a rilevare neutrini astrofisici ad alta energia nel 2013 per poi scoprire la prima sorgente extra-galattica nel 2018, anche se l’origine della maggior parte dei neutrini rimane sconosciuta. Si ritiene che la Via Lattea sia una sorgente di neutrini ad alta energia, prodotti nelle collisioni degli sciami adronici. La nuova scoperta di IceCube conferma l’esistenza di un’emissione adronica galattica che raggiunge energie superiori al PeV. Si tratta di un risultato scientifico significativo, con potenziali sorprese dietro l’angolo.
L’emissione di neutrini potrebbe avere una controparte nei raggi gamma, come osservato nei recenti risultati della collaborazione con il LHAASO. Anche gli elettroni ultra-relativistici, come le pulsar, potrebbero produrre raggi gamma ma in questo caso senza neutrini. Il modello teorico KRA_gamma concorda con i dati sui neutrini di IceCube e i dati sui raggi gamma di LHAASO, suggerendo una popolazione di raggi cosmici più energetici nelle regioni interne della Via Lattea. Ciò ha implicazioni per la fisica del trasporto dei raggi cosmici e può aiutare a comprendere la loro misteriosa origine.
Le sorgenti dei raggi cosmici
La scoperta delle interazioni dei raggi cosmici nella nostra galassia è un progresso significativo nella comprensione delle sorgenti di raggi cosmici. Le future analisi dei dati di IceCube e degli osservatori di raggi gamma e delle infrastrutture per il rilevamento di neutrini di nuova generazione, come KM3NeT, forniranno ulteriori conferme. KM3NeT, sostenuto dal Forum strategico europeo delle infrastrutture di ricerca, sarà uno degli esperimenti di punta dell’INFN e terrà sotto osservazione il piano galattico.
La collaborazione europea ANTARES, che include l’INFN, sta cercando un eccesso di neutrini astrofisici seguendo la distribuzione spaziale ed energetica del modello KRA_gamma. Il telescopio per neutrini IceCube, gestito dalla National Science Foundation, è supportato da istituzioni di 14 Paesi, tra cui l’Università di Padova.
IceCube ha utilizzato modelli sviluppati da Daniele Gaggero e Dario Grasso della Sezione INFN di Pisa, Antonio Marinelli dell’Università Federico II e della Sezione INFN di Napoli, Alfredo Urbano e Mauro Valli della Sapienza e della Sezione INFN di Roma, in collaborazione con Carmelo Evoli del GSSI e dei Laboratori Nazionali del Gran Sasso dell’INFN e Pedro de La Torre Luque dell’Università di Stoccolma.
Per approfondire
- Observation of high-energy neutrinos from the Galactic plane (https://doi.org/10.1126/science.adc9818)
- Il modello modello KRA_gamma^5 è stato presentato in Astrophys.J.Lett. 815 (2015) 2, L25 – e-Print: 1504.00227 [astro-ph.HE], e recentemente aggiornato sulla base di nuovi dati in Front.Astron.Space Sci. 9 (2022) 1041838 – e-Print: 2209.10011 [astro-ph.HE]