Un neutrino ad alta energia ha colpito la Terra il 22 settembre 2017. Proveniva da una galassia nella costellazione di Orione e ha attraversato l'esperimento IceCube che si trova a una profondità fra 1,45 e 2,45Km al di sotto della crosta del Polo Sud.
Erano le 20:54:30 e 430 millisecondi del tempo universale quando una luce blu (che prende il nome di luce Cherenkov dallo scienziato che l'ha scoperta) ha cambiato la storia. In estrema sintesi, il neutrino IceCube-170922A ha interagito con l'acqua e prodotto un muone o un elettrone che a loro volta (a queste energie) hanno generato uno sciame i cui elettroni/positroni nell'acqua o nel ghiaccio vanno più veloci della velocità della luce in quel mezzo. Quando succede questo, viene emessa quella luce blu di cui sopra.
I neutrini non sono particelle rare: noi siamo attraversati da svariate centinaia di milioni di neutrini, che non si fermano nell'atmosfera terrestre se non in una frazione piccolissima. Per questo motivo, per poterli vedere c'è bisogno di utilizzare rivelatori molto grandi e quindi l'acqua o il ghiaccio sono una delle scelte vincenti. Le varie opzioni, oltre a un sensazionale viaggio nei laboratori in cui si trovano i rilevatori, è descritto con dovizia di particolari nel libro Ai confini della realtà di Anil Ananthaswamy.
Il 22 settembre non era la prima volta che IceCube rilevava dei neutrini; mediamente ne rileva 200 al giorno, però la maggior parte ha bassa energia. Nemmeno l'annuncio del rilevamento di neutrini ad altissima energia è inedito, ce ne fu uno che giunse agli onori delle cronache nel 2015, e come ha spiegato Darren Grant (portavoce e astrofisico di IceCube) a LiveScience di allarmi simili a quello del 22 settembre ce ne furono ben 11 in precedenza, senza che i telescopi riuscissero ad avvistare nulla. "IceCube rileva neutrini [a questo livello di energia] circa una volta al mese [...], diventa una specie di routine".
L'evento protagonista di questa notizia però non era come gli altri, era straordinario: per la prima volta fu possibile individuare la provenienza di un neutrino, la cosiddetta controparte elettromagnetica: un blazar, ossia una galassia attiva che ha al centro un buco nero supermassiccio, e che dista 4,5 miliardi di anni luce da noi.
"Non sembrava che ci fosse qualcosa di straordinario" racconta Grant, "gli astronomi hanno notato il blazar, ma non sembrava una fonte probabile. Per noi, a quel punto, era una specie di neutrino numero 12, e lo abbiamo inserito nella lista [e proseguito]".
Ma poi i ricercatori di Fermi emisero un allarme: il blazar TXS 0506 + 056 stava esplodendo. Il telescopio Fermi aveva individuato un'emissione di raggi gamma otto volte più alta del solito, era il più luminoso blazar che si fosse mai visto. Non sappiamo esattamente cosa, ma qualcosa stava facendo sì che quella galassia emettesse un getto di fotoni gamma super-veloci ad alta energia. Era la probabile fonte dell'IceCube-170922A.
Un altro osservatorio di raggi gamma, MAGIC nelle isole Canarie, ha effettuato osservazioni di follow-up che hanno confermato quel blazar come fonte del neutrino, e molti altri osservatori hanno ottenuto risultati simili.
La notizia arriva tramite telegramma. Non il telegramma di felicitazioni o condoglianze che conosciamo noi, bensì un Atel (telegramma astronomico online): Erik Blaufuss e Claudio Kopper di IceCube hanno inviato il primo, che potete vedere online a questa pagina, la conferma della sorgente è arrivata da Fermi.
L'impresa ha coinvolto centinaia di scienziati di dozzine di laboratori di ricerca di tutto il globo, che hanno sottoscritto lo studio pubblicato successivamente sulla rivista Science. Impresa, perché da anni un duro lavoro ha fatto sì che tutto fosse pronto per questa evenienza, perfezionando gli strumenti e rodando un sistema globale per capire rapidamente da quale parte del cielo provenisse l'indiziato, quindi puntare proprio lì i telescopi.
Illustrazione artistica di un buco nero supermassiccio al centro di una galassia blazar che emette un flusso di particelle energetiche. Crediti: DESY, Science Communication Lab
A questo punto vi starete chiedendo che importanza ha tutto questo e, in ultima analisi, che cosa significa. La dottoressa Michela Prest del Dipartimento di Scienza e alta tecnologia dell'Università degli Studi dell'Insubria ha spiegato che "l'Universo è il più potente acceleratore di particelle esistente. Gli esperimenti come IceCube sono alla ricerca di messaggeri di altissima energia che ci raccontano la storia della nascita dell'universo. I neutrini viaggiano per spazi enormi senza interagire e quando li vediamo ci raccontano da dove provengono. Utilizzando gli strumenti del mondo della Fisica delle particelle applicati all'osservazione spaziale possiamo cominciare a studiare la loro origine. Siamo di fronte a traguardi impensati, un po' come è successo a Galileo nel 1610".
Gli studi sui neutrini non sono stati esenti da problemi, ne Il neutrino anomalo Gianfranco D'Anna ci parla di uno dei casi meno fortunati, ma si ha la misura delle difficoltà e dei problemi che gli scienziati incontrano nel loro lavoro.