Le reazioni di fusione nucleare dentro le stelle e le esplosioni di supernova producono grandi quantità di neutrini. Essi sono particelle con massa quasi nulla che attraversano la materia interagendo di rado con gli atomi di cui è costituita. Questo rende molto difficile rivelarle, soprattutto se si tratta di neutrini cosmici ad alta energia prodotti nel corso di eventi catastrofici distanti milioni di anni luce.
Gli astronomi sono riusciti a individuare un evento chiamato AT2019dsg durante il quale sarebbe stato prodotto un neutrino ad alta energia. Si tratterebbe della distruzione mareale di una stella da parte di un buco nero accaduta 690 milioni di anni fa in una galassia nella costellazione del Delfino. L’osservazione di questa catastrofe cosmica risale a maggio 2019. A ottobre dello stesso anno l’IceCube Neutrino Observatory in Antartide ha rivelato un neutrino ad alta energia in una regione di cielo che includeva AT2019dsg.
Questo ha spinto i ricercatori a ipotizzare che fosse proprio tale evento ad aver generato il neutrino, individuato per la prima volta solo cinque mesi dopo. Utilizzando i dati di satelliti in orbita come il Neil Gehrels Swift Observatory della NASA e telescopi sulla Terra, i ricercatori hanno studiato AT2019dsg per capirne di più sulla nascita di questo neutrino.
“Gli astrofisici hanno a lungo teorizzato che eventi di distruzione di marea possano produrre neutrini ad alta energia. Ma questa è la prima volta che riusciamo a collegare le teorie con evidenze osservative” spiega Robert Stein, dottorando presso il centro di ricerca DESY in Germania e autore principale dello studio. Si tratta di una scoperta davvero entusiasmante, che conferma le predizioni teoriche. AT2019dsg potrebbe essere un buon punto di partenza per ricerche future volte ad approfondire la conoscenza di questo tipo di fenomeno.
I neutrini: particelle fantasma generate in seguito a catastrofi
Si ritiene che gli eventi più catastrofici nell’Universo, come violente esplosioni galattiche, accelerino le particelle quasi alla velocità della luce. Queste particelle entrano poi in collisione con fotoni di luce o altre particelle per generare neutrini ad alta energia. La velocità di questi neutrini arriva a essere ben 1000 volte quella raggiungibile nei più potenti acceleratori terrestri. La prima fonte di neutrini ad alta energia confermata nel 2018 era il buco nero supermassiccio al centro di una galassia. Tuttavia, le aspettative teoriche indicavano come possibile fonte anche gli eventi di distruzione mareale.
Gli eventi di distruzione mareale
Un evento di distruzione mareale si verifica quando una stella si avvicina troppo a un buco nero supermassiccio e viene lacerata dalle forze di marea del buco nero. Il materiale della stella distrutta si accumula in un disco di detriti attorno al buco nero, mentre il gas generato dall’evento riesce solitamente a sfuggire al sistema. In alcuni casi, una parte della massa della stella viene sputata dal buco nero in getti di particelle molto energetici.
“Gli eventi di distruzione di marea sono incredibilmente rari. Accadono una volta ogni 100.000 anni in una galassia grande come la nostra. Finora ne sono stati solamente osservati qualche dozzina” considera Bradley Cenko, Principal Investigator per Swift al Goddard Space Flight Center della NASA.
L’analisi spettrale di AT2019dsg
L’utilizzo degli spettri elettromagnetici ottenuti con Swift e diversi telescopi terrestri ha permesso ai ricercatori di studiare AT2019dsg a diverse lunghezze d’onda. L’evento presenta un’emissione nella banda del visibile e dell’UV. Questa proviene dalla regione esterna del disco di detriti che la stella lacerata ha lasciato attorno al buco nero. Insolito è il fatto che quest’emissione si sia stabilizzata poco dopo che il picco di luminosità era stato raggiunto dal sistema, cosa che dovrebbe accadere in alcuni anni.
I ricercatori sospettano che il mostruoso buco nero in esame, grande 30 volte il Sole, abbia costretto i detriti stellari a depositarsi in un disco più rapidamente di quanto avrebbe fatto un buco nero meno massiccio. AT2019dsg inoltre emette raggi X, probabilmente provenienti dalla regione interna del disco o da getti di particelle ad alta velocità fuoriuscenti dal buco nero. L’emissione di raggi X è diminuita nel giro di qualche mese, forse a causa di un rapido raffreddamento del disco.
Nuovi indizi sulla produzione di neutrini ad alta energia
Dall’analisi di AT2019dsg, Stein e i suoi colleghi suggeriscono che le particelle accelerate in un evento di distruzione mareale potrebbero produrre neutrini in tre regioni distinte. Precisamente, nel disco esterno collidendo con la luce UV; nel disco interno scontrandosi con i raggi X e nel moderato deflusso di particelle fuori dal sistema collidendo con altre particelle. Il neutrino prodotto durante AT2019dsg probabilmente ha avuto origine nella parte esterna del disco, che emette luce nella banda UV: infatti, l’energia della particella tracciata era più di 10 volte maggiore di quella raggiungibile nei collisori di particelle terrestri.
È solo la seconda volta che gli scienziati riescono a individuare la nascita di un neutrino molto energetico. Sicuramente eventi di questa portata sono unici, rari e imprevedibili, tanto quanto distruttivi. Il co-autore dello studio Sjoert van Velzen, dell’Università di Leiden dei Paesi Bassi, dichiara entusiasta: “Questo è un altro esempio del potere dell’astronomia multimessaggera. La combinazione di luce, particelle e increspature spazio-temporali ci fa imparare sempre più cose riguardanti il cosmo”.
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