A CACCIA DI CONTROPARTI ELETTROMAGNETICHE

Agile e IceCube: un neutrino per due?

Identificare la sorgente di neutrini potrà fornire la prova inequivocabile di quali sono i siti in cui stanno avvenendo i processi di accelerazione di protoni e ioni ad altissime energie, contribuendo così a risolvere anche l'annoso problema dell'origine dei raggi cosmici

Mappa in falsi colori dei fotoni gamma osservati da Agile nella direzione di arrivo del neutrino rivelato da IceCube il 31 luglio 2016. Il cerchio nero delimita la zona di cielo all’interno della quale è contenuta con più probabilità la sorgente astrofisica del neutrino, mentre quello bianco racchiude la posizione più probabile della sorgente gamma transiente (AGL J1418+0008) osservata da Agile qualche ora prima dell’evento. Crediti: F. Lucarelli et al. 2017

Era il 31 di luglio del 2016 quando IceCube, il cacciatore di neutrini del Polo Sud, osservava l’evento soprannominato IceCube-160731. Il telescopio spaziale Agile ha dunque puntato i suoi occhi ad alte energie sulla regione di provenienza del neutrino per cercarne una controparte. Le osservazioni sembrano aver individuato un candidato per un segnale precursore, visto da Agile nelle ore precedenti all’arrivo di IceCube-160731. I risultati dell’analisi sono contenuti in un articolo pubblicato di recente su The Astrophysical Journal.

La ricerca delle controparti elettromagnetiche dei neutrini di altissima energia osservati dall’esperimento IceCube è uno dei temi più attuali dell’astrofisica delle particelle e delle alte energie. Finora, non sono state rivelate con sufficiente significatività né sorgenti puntiformi di neutrini né ci sono chiare associazioni degli eventi più energetici con sorgenti elettromagnetiche note. L’identificazione di una chiara sorgente di neutrini potrà fornire la prova inequivocabile di quali sono i siti in cui stanno avvenendo i processi di accelerazione di protoni e ioni ad altissime energie, contribuendo così a risolvere anche l’annoso problema dell’origine dei raggi cosmici. I nuclei galattici attivi di tipo blazar sono tra le sorgenti astrofisiche più accreditate per spiegare l’origine dei neutrini osservati. I processi astrofisici che portano all’emissione di neutrini di altissima energia comportano anche l’emissione di fotoni gamma. L’osservazione di questa emissione, correlata temporalmente e/o spazialmente con il neutrino osservato, può indicare la presenza di una sorgente elettromagnetica associata alla sorgente di neutrini e favorirne la sua identificazione.

Fabrizio Lucarelli, ricercatore dello Space Science Data Center dell’Asi e primo autore dello studio. Crediti: Ssdc-Asi

«La missione italiana Agile, dedicata all’osservazione del cielo gamma, è fortemente impegnata nella ricerca di controparti gamma di onde gravitazionali e di neutrini», ha spiegato Fabrizio Lucarelli dell’Ssdc dell’Asi e dell’Inaf di Roma, primo autore dell’articolo. «Grazie al suo grande campo di vista e alla rapidità nel processare e analizzare i dati acquisiti, Agile è uno strumento particolarmente indicato per la ricerca e rivelazione di sorgenti gamma transienti associate a questo tipo di eventi».

«Il segnale osservato da Agile, della durata di circa un giorno e mezzo, è consistente con la posizione di arrivo del neutrino ricostruita da IceCube e ha il suo picco di intensità circa un giorno prima dell’evento», ha aggiunto Lucarelli. «In questa zona di cielo non ci sono possibili sorgenti note di fotoni gamma che possano essere associate all’emissione di neutrini, né sono stati registrati altri eventi transienti analizzando tutti i dati raccolti nei dieci anni di vita del satellite attorno alla posizione di IceCube-160731».

Utilizzando i cataloghi d’archivio multi-banda accessibili con il tool Ssdc SkyExplorer, i ricercatori hanno trovato anche una possibile controparte elettromagnetica con emissione nella banda radio, ottica e dei raggi X all’interno della regione di cielo che delimita la direzione di origine del neutrino IceCube-160731. Tale sorgente mostra delle caratteristiche elettromagnetiche tipiche dei Blazar di tipo Hbl (“High energy peaked BL Lac”), considerati tra i candidati più probabili dei neutrini di altissima energia nel mirino di IceCube. Ulteriori osservazioni nei raggi X effettuate con il satellite Swift della Nasa, non hanno confermato l’appartenenza di questo possibile candidato alla categoria dei Blazar. La sorgente dell’emissione del neutrino e dei fotoni gamma rimane quindi ancora non identificata.

«Di recente Agile ha identificato un’altra emissione gamma transiente al di sopra dei 100 MeV consistente con la posizione di un nuovo evento IceCube, IceCube-170922, e ne ha dato annuncio alla comunità con un Astronomer’s Telegram», ha continuato Lucarelli. «Le rapide osservazioni di Agile, insieme ad altre osservazioni nella banda gamma e in altre lunghezze d’onda, sono fondamentali per poter identificare con successo la sorgente di questi neutrini cosmici di altissima energia».

«È una ricerca difficile», ha commentato Marco Tavani dell’Inaf di Roma, principal investigator della missione, «ma che deve essere fatta esplorando tutte le possibilità. Siamo ora a un livello ancora iniziale nel preparare la strada all’astronomia dei neutrini del futuro: i prossimi mesi/anni saranno decisivi». Grazie ai dati raccolti da Agile durante i suoi 10 anni di missione, i ricercatori del team potranno approfondire la ricerca di eventuali transienti gamma associati con la posizione dei neutrini di altissima energia osservati finora da IceCube. La rivelazione e l’identificazione di una chiara sorgente per questo tipo di neutrini potrebbe avere le ore contate.

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