Il cosmo attraverso i neutrini

I telescopi ordinari studiano l’universo osservando la luce che proviene da stelle e galassie. Anche i telescopi che lavorano ad altre lunghezze d’onda, dalle onde radio e le microonde fino ai raggi X e gamma, si basano sullo stesso principio: catturano i fotoni, ovvero le particelle di cui è costituita la luce. I fotoni trasportano informazioni sulle sorgenti che li hanno prodotti: analizzando la luce emessa da oggetti astronomici (stelle, nubi, galassie) gli astronomi possono dedurre le loro proprietà, come la massa, le dimensioni, l’energia.

Oltre ai fotoni, anche altri tipi di particelle si comportano da messaggeri cosmici: tra essi, i neutrini. Si tratta di particelle prive di carica elettrica (da cui il nome) che viaggiano alla velocità della luce e che hanno una massa estremamente piccola. Molte sorgenti astronomiche, sia nella nostra che in altre galassie, producono neutrini, oltre che fotoni: studiare l’universo attraverso queste particelle rappresenta un approccio complementare a quello offerto dall’astronomia tradizionale.

Inoltre, i fotoni hanno un’elevata probabilità di essere assorbiti da atomi o da altri fotoni incontrati durante il viaggio che li porta fino a noi: se un fotone viene assorbito, l’informazione che esso trasporta è irrimediabilmente perduta. I neutrini, al contrario, godono di un’interessante proprietà: in gergo scientifico si dice che ‘interagiscono debolmente’ con la materia, ovvero hanno una probabilità di essere assorbiti molto bassa, di gran lunga inferiore a quella dei fotoni. Per questo motivo, i neutrini possono percorrere, indisturbati, distanze molto maggiori rispetto alla luce. Per noi che li osserviamo sulla Terra, ciò significa che attraverso i neutrini possiamo studiare sorgenti situate a distanze cosmiche molto più grandi: in sostanza, i neutrini ci permettono di guardare ancora più lontano.

L’astronomia a neutrini è molto recente, date anche le difficoltà tecnologiche insite nella rivelazione di queste particelle: finora sono stati ‘osservati’ neutrini provenienti solamente dal Sole e da una supernova esplosa nel 1987. Ma si tratta, allo stesso tempo, di un campo in rapido sviluppo, con svariati ambiziosi esperimenti in corso di progettazione e realizzazione in tutto il mondo.

Uno degli obiettivi principali dei telescopi a neutrini è lo studio dei cosiddetti raggi cosmici, particelle energetiche provenienti da un’ampia gamma di oggetti astronomici (supernovae, lampi di raggi gamma, nuclei galattici attivi), le cui proprietà sono ancora dibattute. Poiché nella maggior parte dei casi i raggi cosmici producono neutrini, l’osservazione di questi ultimi è cruciale in questo ambito. Altro campo in cui lo studio dei neutrini riveste estrema importanza è la ricerca della materia oscura che pervade l’universo, ma della cui natura si sa ancora ben poco.

CLAUDIA MIGNONE

Un'immagine della supernova 1987A, chiamata così in quanto è stata la prima ad essere scoperta nel 1987. Quest'immagine combina osservazioni fatte ai raggi X (bianco, viola) e in ottico (rosso, arancio). Si tratta della prima sorgente extragalattica (ma anche extrasolare!) di neutrini mai osservata. (X-ray: NASA/CXC/PSU/S.Park & D.Burrows.; Optical: NASA/STScI/CfA/P.Challis)