Gli astronomi che utilizzano l’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) hanno individuato la sorgente di un potente lampo di neutrini grazie a uno straordinario fenomeno cosmico che ha agito come un telescopio naturale. Ciò che hanno scoperto ha messo in discussione ogni aspettativa.
Inizialmente i ricercatori sospettavano che un buco nero supermassiccio alimentasse una galassia distante straordinariamente luminosa, collegata al segnale dei neutrini. Le osservazioni hanno invece rivelato che l’energia della galassia proviene da un’intensa formazione stellare. Questa scoperta fornisce importanti prove che potrebbero aiutare a spiegare l’origine di molti dei misteriosi neutrini ad alta energia dell’Universo.
Tracciare una delle particelle più sfuggenti dell’universo
I neutrini sono tra le particelle più enigmatiche conosciute dalla scienza. Un numero enorme di essi attraversa lo spazio, e persino la Terra, con pochissima interazione con la materia. Sebbene gli astronomi abbiano identificato alcune galassie in grado di produrre neutrini, queste fonti note non sono sufficienti a spiegare la grande popolazione di neutrini ad alta energia rilevata finora.
Per indagare sull’origine di una di queste particelle, un team internazionale di ricercatori della MITOS Science Co., LTD., della National Central University, della Chung Yuan Christian University, della Tohoku University, della Fukui University of Technology e dell’Osservatorio Astronomico Nazionale del Giappone ha condotto osservazioni di follow-up utilizzando ALMA e diversi altri telescopi.
Il loro obiettivo era l’evento di neutrini ad alta energia IC 210922A, rilevato dall’osservatorio di neutrini IceCube al Polo Sud. La ricerca li ha condotti a una galassia eccezionalmente luminosa nota come JCMT0402−0424, situata a circa 11 miliardi di anni luce dalla Terra.
Il mistero di Shadow Blaster
Le galassie produttrici di neutrini identificate in precedenza erano tipicamente alimentate da buchi neri supermassicci. Tuttavia, quando i ricercatori hanno esaminato JCMT0402−0424, non hanno trovato alcuna prova delle emissioni energetiche normalmente associate a un buco nero di questo tipo.
La galassia è fortemente velata dalla polvere, il che la rende difficile da osservare nella luce visibile. Alle lunghezze d’onda submillimetriche, tuttavia, brilla intensamente. A causa della sua natura nascosta e dell’estrema luminosità a queste lunghezze d’onda, il team le ha dato il soprannome di “Shadow Blaster” (Spaccaombre).
Un telescopio naturale rivela il nucleo della galassia
Gli astronomi sono riusciti a osservare in profondità Shadow Blaster grazie a un fortunato allineamento con un’altra galassia posizionata tra essa e la Terra. La gravità della galassia in primo piano ha deviato e amplificato le onde radio provenienti da Shadow Blaster, creando di fatto un telescopio naturale.
Questo effetto di lente gravitazionale ha prodotto immagini più luminose e ingrandite, consentendo ad ALMA di esaminare la galassia distante con molti più dettagli.
Le osservazioni radio non hanno mostrato alcun segno di un potente buco nero. I dati, invece, indicavano un’altra fonte di energia. Il gas e la polvere presenti in tutta la galassia sembrano essere riscaldati principalmente da un’intensa formazione stellare.
I ricercatori hanno inoltre identificato un denso “nucleo compatto” al centro di Shadow Blaster. Grandi quantità di gas e polvere sono concentrate in una regione di soli 1.500 anni luce di diametro. Un ambiente così estremo è in grado di generare neutrini.
Una nuova spiegazione per i neutrini ad alta energia
I risultati suggeriscono che le galassie ad intensa formazione stellare potrebbero rappresentare un’importante fonte di neutrini ad alta energia, finora sottovalutata.
Secondo il team, le galassie starburst compatte e ricche di polvere, soggette a rapida formazione stellare, potrebbero contribuire in modo sostanziale al fondo di neutrini ad alta energia. La loro analisi indica che queste galassie potrebbero rappresentare fino al 20% della popolazione totale di neutrini ad alta energia osservati nell’Universo.
Se confermata da studi futuri, la scoperta potrebbe rivoluzionare la comprensione scientifica di come vengono prodotte alcune delle particelle più elusive dell’Universo.
Abstract
L’origine dei neutrini astrofisici ad alta energia rimane irrisolta e, nonostante il rapido follow-up, le controparti elettromagnetiche certe per i singoli eventi sono rare. Le galassie polverose a formazione stellare (DSFG) a mezzogiorno cosmico ( z ≈ 1–4) sono calorimetri naturali per i raggi cosmici, eppure i collegamenti osservativi tra le DSFG e i neutrini sono rimasti sconosciuti. Qui riportiamo una DSFG a nucleo compatto all’interno di una localizzazione di IceCube, JCMT0402−0424, una galassia quadruplamente distorta da lente gravitazionale a z = 2,988 situata all’interno della regione di contenimento del 90% dell’evento IceCube IC 210922A. Le immagini dell’Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array e la modellizzazione della lente gravitazionale risolvono un’intensa e compatta esplosione stellare, altamente ingrandita, senza una controparte brillante nei raggi gamma o X al di sopra dei limiti di sensibilità attuali. Considerando la concordanza posizionale, la bassa probabilità di coincidenza (≲1%) per una sorgente submillimetrica così estrema, l’assenza di alternative altrettanto plausibili nel campo e il nucleo compatto e ricco di gas rivelato dall’Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array, JCMT0402−0424 è il candidato controparte elettromagnetica più plausibile all’interno della localizzazione IC 210922A. In un contesto di popolazione, le esplosioni di stelle con nucleo compatto a mezzogiorno cosmico possono fornire un contributo non trascurabile a livello di popolazione al fondo diffuso di neutrini ad alta energia, anche se la resa di neutrini da qualsiasi singola DSFG è modesta. Questo risultato collega la produzione di neutrini ad alta energia all’epoca di picco della formazione stellare cosmica, aprendo una nuova strada per studiare l’evoluzione delle galassie e l’accelerazione dei raggi cosmici nel corso del tempo cosmico.
Materials provided by National Institutes of Natural Sciences. Note: Content may be edited for style and length.
Yuji Urata, Kuiyun Huang, Bunyo Hatsukade, Mansi Kasliwal, Shigeo S. Kimura, Yuichi Matsuda, Yusuke Miyamoto, Hiroshi Nagai, Kouichiro Nakanishi, Robert Stein. Starburst compatti e polverosi a mezzogiorno cosmico legati ai neutrini ad alta energia . Astronomia della Natura , 2026; DOI: 10.1038/s41550-026-02884-9
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