I risultati dello studio sono stati presentati in un webinar scientifico online al quale hanno partecipato esperti
Che cosa hanno fatto gli scienziati?
Per la prima volta un gruppo internazionale di astronomihanno trovato prove di emissioni di neutrini ad alta energia dalla galassia NGC 1068 ad una distanza di 47 milioni di anni luce dalla Terra. È conosciuto anche come Messier 77 e si trova nella costellazione della Balena. Per la sua luminosità e attività, NGC 1068 è uno degli oggetti più famosi e ben studiati. Fu scoperto nel 1780 e ora può essere osservato con un grande binocolo.
Nonostante il fatto che gli scienziati sappiano molto su NGC 1068, osservare la sua attività nascosta dei neutrini non è stato così facile. Perché esattamente, lo diremo un po 'più tardi.
Come hanno fatto?
Gli scienziati scoprono i neutrini grazie all'osservatoriocubetto di ghiaccio. È un enorme telescopio di neutrini che copre un miliardo di tonnellate di ghiaccio lavorato da 1,5 a 2,5 km sotto la superficie dell'Antartide vicino al Polo Sud.
Quando un neutrino interagisce con le molecole del ghiaccio antartico trasparente, produce particelle secondarie che lasciano una scia di luce blu mentre passano attraverso il rilevatore IceCube.
Credito immagine e copyright: Nicole R. Fuller, IceCube/NSF
Questo è un osservatorio unico che esploragli angoli più remoti dell'universo qui sulla Terra, con l'aiuto dei neutrini. È grazie a lui che gli scienziati hanno riportato la prima osservazione di una fonte di neutrini ad alta energia nel 2018. Stiamo parlando dell'oggetto TXS 0506 + 056, un potente blazar, che si trova sulla spalla sinistra di Orione, costellazione a 4 miliardi di anni luce dalla Terra.
La scoperta di una seconda fonte di neutrini e raggi cosmici ad alta energia è il risultato di oltre 30 anni di ricerca scientifica. Illustrazione: IceCube/NSF
Quando i neutrini interagiscono con le molecole del ghiaccio antartico trasparente, producono particelle secondarie. Lasciano una scia di luce blu mentre passano attraverso il rilevatore IceCube.
In totale, ha accumulato circa80 neutrini di energia teraelettronvolt provenienti da NGC 1068. Come spiegano gli autori del nuovo studio, sono riusciti a “catturare” le particelle grazie ad un attento aggiornamento della calibrazione del rivelatore. Il lavoro degli esperti di gestione delle apparecchiature ha migliorato la ricostruzione della direzione dei neutrini. In parole semplici, i fisici sono riusciti a tracciare con maggiore precisione il percorso delle particelle di NGC 1068.
Cosa sono i neutrini?
I neutrini sono il nome comune dei neutraliparticelle fondamentali con spin semiintero. La loro particolarità è che partecipano solo alle interazioni deboli e gravitazionali e appartengono alla classe dei leptoni. Ora i fisici conoscono tre tipi di queste particelle: neutrini elettronici, muonici e tau, nonché le loro corrispondenti antiparticelle. Un'altra caratteristica dei neutrini è che hanno pochissima massa e nessuna carica. Nascono nelle reazioni termonucleari delle stelle e nelle esplosioni di supernova .
Diagramma del rilevatore IceCube. Illustrazione: IceCube/NSF
Lo studio di queste particelle è una delle aree più importanti della fisica. Con il loro aiuto, gli scienziati scoprono e studiano effetti che vanno oltre il Modello Standard.
Modello standard: teoricoun costrutto della fisica delle particelle che descrive le interazioni elettromagnetiche, deboli e forti di tutte le particelle elementari. La formulazione moderna è stata completata circa 20 anni fa dopo la conferma sperimentale dell'esistenza dei quark.
Con l'aiuto dei neutrini solari, gli astronomi studiano i processi che avvengono sul Sole in tempo reale.
Come "funziona" un neutrino?
A differenza della luce, i neutrini possono fuoriuscireambienti estremamente densi dell’Universo e raggiungono la Terra. La materia e i campi elettromagnetici che permeano lo spazio extragalattico non hanno praticamente alcun effetto su di essi.
Sebbene gli scienziati abbiano inventato di più l'astronomia dei neutrini60 anni fa, la debole interazione delle particelle con la materia e le radiazioni le rendeva incredibilmente difficili da rilevare. Ma questo è ancora molto importante. Gli scienziati chiamano i neutrini una "chiave" che aiuterà a studiare gli oggetti più estremi nello spazio.
Cosa si sa del “fornitore di neutrini” galattico?
Come nel caso della Via Lattea,NGC 1068 è una galassia a spirale barrata con bracci poco avvolti e un rigonfiamento centrale relativamente piccolo. Tuttavia, a differenza della nostra galassia, NGC 1068 è un oggetto attivo. Ciò significa che la maggior parte della radiazione non è prodotta dalle stelle, ma dal materiale che cade nel buco nero centrale. È milioni di volte più massiccio del Sole e persino di Sagittarius A*, un buco nero inattivo al centro della nostra galassia.
Immagine di Hubble della galassia a spirale NGC 1068. Credito: NASA/ESA/A. van der Hoeven
NGC 1068 appartiene anche alle galassie di Seyfert di tipo II.
Galassia di Seyfert - spirale ouna galassia irregolare con un nucleo attivo, il cui spettro di emissione contiene molte bande larghe e luminose, che indicano potenti emissioni di gas a velocità fino a diverse migliaia di chilometri al secondo. Gli oggetti di tipo II hanno un caratteristico nucleo luminoso e appaiono luminosi anche se osservati nell'infrarosso.
il problema principale
NGC 1068 è visibile dalla Terra con un angolo tale da essere visibilela regione centrale dove si trova il buco nero è nascosta all'osservazione. I processi al suo interno rimangono un mistero. Anche nelle galassie di Seyfert di tipo II, un toro di polvere nucleare oscura la maggior parte della radiazione ad alta energia. È prodotto da una massa densa di gas e particelle che si muovono lentamente e a spirale verso il centro della galassia.
Tutto questo, più le radiazioni, dovrebbe bloccarloraggi gamma. Altrimenti “accompagnerebbero” i neutrini e aiuterebbero gli scienziati. Ora che i fisici hanno calibrato i rilevatori di IceCube e rilevato particelle sfuggenti dal nucleo di NGC 1068, stanno imparando di più sull’ambiente attorno ai buchi neri supermassicci, senza prendere in considerazione i raggi gamma.
Perché contare i neutrini delle galassie è così importante?
Secondo gli autori dello studio, grazie aLe misurazioni dei neutrini di TXS 0506+056 e NGC 1068 IceCube sono un passo avanti verso la risposta alla domanda sull'origine dei raggi cosmici che gli scienziati si pongono da più di cento anni.
Vista dell'IceCube Lab al tramonto.
Crediti e copyright: Martin Wolf, IceCube/NSF
Ora gli scienziati sanno cosa sonoflussi di particelle cariche separate e non correlate che “volano” dallo spazio a velocità enorme. Sono dominati da protoni, ma contengono anche elettroni, nuclei di elio ed elementi chimici più pesanti.
Inoltre, lo studio ha aiutato gli scienziati a capire che potrebbero esserci molti altri oggetti simili nell'universo. Devono ancora essere identificati.
Qual è il prossimo?
In futuro, NGC 1068 diventerà un punto di riferimento pertelescopi per neutrini, secondo gli autori dello studio. Sì, questo è già un oggetto molto ben studiato dagli astronomi. Ma i neutrini permetteranno agli scienziati di vedere questa galassia in un modo completamente diverso.
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fonti:
Prove di emissione di neutrini dalla vicina galassia attiva NGC 1068, Science (2022)
I neutrini rivelano attività galattiche nascoste, scienza (2022)
In copertina: la galassia a spirale barrata NGC 1068
Collaboratori: NASA, ESA, Alex Filippenko (UC Berkeley), William Sparks (STScI), Louis C. Ho (KIAA-PKU), Matthew A. Malkan (UCLA), Alessandro Capetti (STScI), Alyssa Pagan (STScI)