I neutrini offrono una nuova visualizzazione della Via Lattea

Scienziati hanno realizzato la prima immagine della Via Lattea utilizzando i neutrini.

Le particelle subatomiche estremamente a bassa massa non hanno carica elettrica e passano facilmente attraverso gas, polveri e persino stelle lungo il loro percorso dai luoghi in cui si originano ai rivelatori qui sulla Terra. I neutrini ad alta energia si muovono velocemente attraverso il cosmo, ma di solito è un mistero da dove provengano.

Ora, combinando l'intelligenza artificiale e i dati raccolti nel corso di un decennio con il rivelatore IceCube in Antartide, i ricercatori hanno trovato le prime prove di neutrini ad alta energia provenienti dall'interno della Via Lattea e mappato le particelle su un'immagine del piano della galassia. È la prima volta che la nostra galassia viene rappresentata con qualcosa di diverso dalla luce.

La mappa include suggerimenti di specifiche fonti di neutrini ad alta energia all'interno della Via Lattea che potrebbero essere i residui di esplosioni di stelle supernove passate, i nuclei di stelle supergiganti collassate o altri oggetti non ancora identificati, riferisce il team il 30 giugno sulla rivista Science. Ma sono necessarie ulteriori ricerche per identificare chiaramente tali caratteristiche nei dati.

In precedenza, solo alcuni neutrini ad alta energia erano stati rintracciati fino ai loro possibili luoghi di nascita, tutti al di fuori della Via Lattea. Questi includono due che sembravano provenire da buchi neri che distruggono le loro stelle compagne e altri provenienti da una galassia altamente attiva nota come un blazar.

"Al giorno d'oggi vediamo in modo abbastanza inequivocabile neutrini sia dallo spazio galattico che da quello extragalattico", afferma la fisica Kate Scholberg dell'Università di Duke, che non è stata coinvolta nella ricerca. "C'è ancora molto da imparare ed è divertentissimo capire come vedere l'universo con gli occhi dei neutrini".

L'astronomia dei neutrini potrebbe potenzialmente consentirci di vedere oggetti lontani in un modo che nessun altro telescopio può eguagliare. Questo perché i neutrini possono attraversare enormi distanze nello spazio senza essere assorbiti o deviati. Al contrario, raggi X, raggi gamma, luce ottica e le particelle cariche che compongono i raggi cosmici possono essere deviate o assorbite lungo il tragitto, il che potrebbe oscurarne l'origine.

Per la fisica Naoko Kurahashi Neilson dell'Università di Drexel a Philadelphia, la mappa che lei e il suo team hanno prodotto è l'ultimo contributo a una svolta nella scienza dei neutrini. In passato, gli osservatori di neutrini come IceCube non hanno fornito il tipo di visioni del cielo che i telescopi basati sulla luce ottica, i raggi X o i raggi gamma offrono.

"Quando ho iniziato a lavorare con IceCube", afferma Kurahashi Neilson, "facevo il gesto delle virgolette" quando usavo il termine "astronomia dei neutrini". "Non lo faccio più... Non devo perché stiamo cominciando a risolvere cose" in immagini di neutrini che assomigliano alle immagini astronomiche di altri telescopi.

In queste tre visualizzazioni, la Via Lattea è visibile nella luce visibile (in alto), nei raggi gamma (in mezzo) e nei neutrini ad alta energia (in basso). Questa prima mappa basata sulle particelle si basa su dati raccolti con l'enorme rivelatore IceCube incastonato nel ghiaccio antartico. La polvere oscura parti della mappa della luce visibile e i raggi gamma possono provenire da varie fonti. I neutrini hanno il potenziale per individuare le posizioni in cui i raggi cosmici ad alta energia provenienti dai resti di supernove, dai nuclei di giganti stellari collassati e da altre fonti non ancora identificate interagiscono con la polvere nella galassia, creando i neutrini.

Il lato negativo dei neutrini è che sono estremamente difficili da rilevare. L'esperimento IceCube è enorme proprio per superare questa sfida. Consiste in 5.160 sensori disposti in un array cubico di un chilometro di lato incastonato nel ghiaccio antartico. Le dimensioni dell'esperimento aumentano le possibilità di osservare una piccola frazione dei neutrini che viaggiano nello spazio provenienti dalla Via Lattea e da altri luoghi nel cosmo.

Dei circa 100.000 neutrini che gli scienziati di IceCube osservano ogni anno, alcuni lasciano tracce lunghe nel rivelatore che potenzialmente indicano da dove provengono i neutrini. Tuttavia, molti dei segnali di neutrini in IceCube sono noti come eventi a cascata. Essi generano sorgenti di luce nel rivelatore, ma non rivelano l'origine dei neutrini così bene come fanno le tracce.

"In passato, dati del genere venivano scartati in termini di astronomia", afferma Kurahashi Neilson. Ci sono comunque informazioni che indicano da dove provengono i neutrini nei dati. Ma è difficile identificare le promettenti cascate tra le centinaia di migliaia di eventi di background insignificanti che IceCube ha raccolto.

Kurahashi Neilson ha deciso di affrontare la sfida esaminando un decennio di dati sulle cascate di IceCube con l'aiuto di un sistema di intelligenza artificiale noto come rete neurale. "Puoi addestrare le reti neurali a identificare quali eventi vale la pena conservare... [e] quali eventi sono più simili a quelli di background", afferma Kurahashi Neilson.

It’s an approach Kurahashi Neilson pioneered in 2017 and steadily improved until she and her colleagues were able to identify the neutrinos used in the new map.

“It’s an impressive analysis and the techniques may well not yet be pushed to their limits,” Scholberg says. “Clearly a lot more work needs to be done, but it’s very exciting to see the basic expectation [of Milky Way neutrinos] verified. This is an important step forward in understanding of the high-energy particle sky.”

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