Il set di dati utilizzato nello studio ha incluso 60.000 neutrini che coprono 10 anni di dati. Guarda l’immagine della Via Lattea

La nostra galassia, la Via Lattea, è una caratteristica maestosa del cielo notturno, visibile ad occhio nudo come una nebbiosa banda di stelle da orizzonte a orizzonte. Ora, per la prima volta, l’IceCube Neutrino Observatory ha prodotto un’immagine della Via Lattea utilizzando i neutrini, minuscoli messaggeri astronomici spettrali. In un articolo che sarà pubblicato domani, 30 giugno, sulla rivista Science , la IceCube Collaboration, un gruppo internazionale di oltre 350 scienziati, presenta le prove dell’emissione di neutrini ad alta energia dalla Via Lattea.

L’IceCube Neutrino Observatory

I neutrini ad alta energia, con energie da milioni a miliardi di volte superiori a quelle prodotte dalle reazioni di fusione che alimentano le stelle, sono stati rilevati dall’IceCube Neutrino Observatory, un rilevatore di neutrini estremamente energetici operante presso la stazione del Polo Sud di Amundsen-Scott. È stato costruito ed è gestito con i finanziamenti della National Science Foundation (NSF) e il supporto aggiuntivo dei quattordici paesi che ospitano membri istituzionali della IceCube Collaboration. Questo rilevatore unico nel suo genere è dotato di oltre 5.000 sensori di luce. IceCube cerca segni di neutrini ad alta energia provenienti dalla nostra galassia e oltre, fino ai confini più remoti dell’universo. Le interazioni tra i raggi cosmici, protoni ad alta energia e nuclei più pesanti, anch’essi prodotti nella nostra galassia , e il gas e la polvere galattici producono inevitabilmente sia raggi gamma che neutrini. 

Una composizione artistica della Via Lattea vista attraverso una lente a neutrini (blu)
Una composizione della Via Lattea vista attraverso una lente a neutrini (blu)
Credit: IceCube Collaboration/US National Science Foundation (Lily Le & Shawn Johnson)/ESO (S. Brunier)

Il cielo australe

La ricerca si è concentrata sul cielo australe, dove è prevista la maggior parte dell’emissione di queste particelle subatomiche dal piano galattico vicino al centro della nostra galassia. Tuttavia, fino ad ora, lo sfondo di muoni e neutrini prodotti dalle interazioni dei raggi cosmici con l’atmosfera terrestre ha posto sfide significative. Per superarle, i ricercatori di IceCube hanno focalizzato la loro attenzione sui neutrini che davano origine a reazioni “a cascata” iniziate all’interno del ghiaccio, in modo da distinguerli dai muoni di energia minore originati in atmosfera, riducendo cosí il rumore di fondo. Poiché l’energia depositata dagli eventi in cascata inizia all’interno del volume strumentato, la contaminazione dei muoni e dei neutrini atmosferici è ridotta. In definitiva, la maggiore purezza degli eventi a cascata ha dato una migliore sensibilità ai neutrini del cielo australe.

Tuttavia, la svolta finale è arrivata dall’implementazione di metodi di machine learning, sviluppati dai collaboratori di IceCube presso la TU Dortmund University, che migliorano l’identificazione delle cascate prodotte dai neutrini, nonché la loro direzione e la ricostruzione energetica. Il set di dati utilizzato nello studio includeva 60.000 neutrini che coprono 10 anni di dati IceCube, 30 volte più eventi rispetto alla selezione utilizzata in una precedente analisi del piano galattico utilizzando eventi a cascata. Questi neutrini sono stati confrontati con mappe di previsione precedentemente pubblicate di luoghi nel cielo in cui si prevedeva che la galassia emettesse di queste particelle subatomiche.  Le mappe ne includevano una ricavata dall’estrapolazione delle osservazioni dei raggi gamma del Fermi Large Area Telescope della Via Lattea e altre due mappe alternative identificate come KRA-gamma dal gruppo di teorici che le hanno prodotte. Altre sfide saranno affrontate nelle analisi di follow-up pianificate da IceCube. 

Fonte