Un neutrino ad altissima energia ha guidato gli astronomi verso una galassia lontanissima, nascosta nel giovane universo. La particella, spesso definita “fantasma” per la sua capacità di attraversare la materia quasi senza interagire, sembra provenire da JCMT0402−0424, una galassia polverosa e ricca di formazione stellare soprannominata Shadow Blaster. La scoperta apre una pista importante: anche le galassie starburst, e non solo gli oggetti più estremi come i nuclei galattici attivi, potrebbero contribuire alla produzione dei neutrini cosmici ad alta energia.
Shadow Blaster si trova a circa 11 miliardi di anni luce dalla Terra. Questo significa che il neutrino ha iniziato il suo viaggio quando l’universo era ancora giovane, in un’epoca in cui molte galassie stavano formando stelle a ritmi molto intensi. Per gli astronomi, rintracciare una particella simile fino a una sorgente tanto remota è un risultato raro, perché i neutrini sono tra le particelle più difficili da intercettare e da collegare a un’origine precisa.
Perché i neutrini sono così difficili da seguire
I neutrini sono particelle elementari prive di carica elettrica e dotate di una massa estremamente piccola. Proprio per queste caratteristiche attraversano pianeti, stelle e corpi umani quasi indisturbati, viaggiando a velocità prossime a quella della luce. Ogni secondo, enormi quantità di neutrini attraversano ogni centimetro quadrato della Terra senza lasciare traccia evidente.
Questa natura sfuggente li rende preziosi e complicati allo stesso tempo. Da un lato possono trasportare informazioni da regioni dell’universo altrimenti difficili da osservare; dall’altro, individuarli richiede strumenti giganteschi e analisi molto raffinate. L’IceCube Neutrino Observatory, sepolto nei ghiacci dell’Antartide, è uno dei pochi osservatori al mondo in grado di registrare eventi di questo tipo. Il neutrino collegato a Shadow Blaster è stato identificato come IC 210922A.
La traccia partita dall’Antartide
L’evento IC 210922A è stato rilevato nel 2021 da IceCube. Dopo l’allerta, gli astronomi hanno puntato diversi telescopi verso la regione del cielo indicata, nella costellazione dell’Eridano, cercando un possibile segnale associato. Non sono emerse controparti convincenti nei raggi gamma, nei raggi X o nella luce visibile, né collegamenti chiari con fenomeni come lampi gamma, supernove o eventi di distruzione mareale.
La pista più interessante è arrivata osservando nell’infrarosso e nel submillimetrico. Il team guidato da Yuji Urata, di MITOS Science Co., Ltd. a Taiwan, ha utilizzato strumenti come il James Clerk Maxwell Telescope, il Submillimeter Array e soprattutto ALMA, l’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array in Cile. Le osservazioni hanno portato a JCMT0402−0424, una galassia estremamente luminosa e compatibile con la posizione dell’evento rilevato da IceCube.
La lente gravitazionale che ha rivelato Shadow Blaster
Shadow Blaster è stata osservata con grande dettaglio anche grazie a un fenomeno naturale: la lente gravitazionale. Una galassia più vicina, posta lungo la stessa linea di vista, deforma lo spaziotempo con la propria massa e agisce come una lente cosmica. La luce della galassia più lontana viene curvata, amplificata e moltiplicata, rendendo visibile un oggetto che altrimenti sarebbe molto più difficile da studiare.
Per ricostruire correttamente la forma e le proprietà di Shadow Blaster, gli astronomi hanno dovuto prima capire la massa e la struttura della galassia-lente. A questo scopo sono stati usati anche gli strumenti GMOS e GNIRS del telescopio Gemini North. Una volta modellato l’effetto della lente, è emerso il profilo di una galassia con un nucleo compatto, denso di gas e polveri, in cui la formazione stellare procede con grande intensità.
Una fabbrica cosmica di particelle
Il cuore compatto di Shadow Blaster è l’elemento più interessante della scoperta. Gli ambienti ricchi di gas, polveri e intensa formazione stellare possono agire come acceleratori naturali di particelle, creando condizioni favorevoli alla produzione di neutrini ad alta energia. Finora, però, mancava un collegamento osservativo così concreto tra una galassia starburst polverosa e un singolo evento registrato da IceCube.
La particolarità è che Shadow Blaster non mostra le caratteristiche di un nucleo galattico attivo brillante. In altre parole, non sembra dominata da un buco nero supermassiccio in piena attività, con getti potenti e visibili. Questo rende il caso ancora più rilevante: la produzione di neutrini potrebbe avvenire anche in galassie dove l’energia nasce soprattutto dalla formazione stellare estrema e dall’interazione dei raggi cosmici con il gas circostante.
Un tassello per capire l’universo primordiale
Galassie come Shadow Blaster erano molto più comuni circa 10 miliardi di anni fa, durante il cosiddetto mezzogiorno cosmico, il periodo in cui l’universo formava stelle al ritmo più alto della sua storia. Se questi ambienti sono davvero capaci di produrre neutrini ad alta energia, potrebbero aver contribuito in modo significativo al fondo diffuso di neutrini osservato oggi.
Lo studio pubblicato su Nature Astronomy suggerisce che questa popolazione di galassie compatte e polverose possa arrivare a spiegare fino a circa il 20% del fondo diffuso di neutrini ad alta energia rilevato da IceCube. È una stima ancora da consolidare, ma importante: non risolve da sola il mistero dell’origine dei neutrini cosmici, però indica una strada nuova e molto promettente.
La sfida, ora, sarà trovare altri esempi simili. Shadow Blaster è stata aiutata dalla lente gravitazionale, una coincidenza fortunata che ne ha amplificato la luce. Molte galassie dello stesso tipo potrebbero essere troppo deboli o troppo lontane per essere studiate con la stessa precisione. Eppure questa scoperta mostra che, inseguendo particelle quasi invisibili, gli astronomi possono arrivare fino alle regioni più attive e polverose dell’universo primordiale.
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