Una particella fantasma dal Mezzogiorno Cosmico sconvolge la caccia alle fabbriche di neutrini

Quella sorgente era JCMT0402-0424, una galassia polverosa con un nucleo compatto di intensa formazione stellare (nota con l'acronimo DSFG) a un redshift di z = 2,988 . Questo la colloca a un tempo di percorrenza della luce di circa 11 miliardi di anni fa, proprio nell'epoca che gli astronomi chiamano "mezzogiorno cosmico", quando la formazione stellare nell'universo era al suo apice.

Dentro uno starburst che produce neutrini

La galassia svelata da ALMA ha sfidato ogni aspettativa. Correggendo l'effetto della lente gravitazionale, il suo nucleo è straordinariamente compatto – forse solo 1.500 anni luce di diametro – e brilla con una luminosità infrarossa di migliaia di miliardi di soli . Questa energia proviene da un ritmo furioso di formazione stellare, che crea nuove stelle a velocità vertiginosa all'interno di un ambiente denso, ricco di gas e avvolto dalla polvere.

Un aspetto cruciale: le osservazioni non hanno trovato alcuna prova della presenza di un nucleo galattico attivo (AGN, dall'inglese Active Galactic Nucleus). "Shadow Blaster" non ha una controparte brillante nei raggi X o gamma, che è l'inconfondibile firma di un buco nero supermassiccio che sta accrescendo materia . L'analisi spettrale del gas della galassia ha mostrato complesse strutture di velocità con componenti molto ampie, un tratto tipico degli starburst compatti, e non dei flussi di gas generati solitamente da un buco nero centrale . La probabilità di trovare per puro caso una sorgente submillimetrica così estrema all'interno della regione di provenienza del neutrino (con un margine di confidenza del 90%) è inferiore all'1%, collegando così saldamente la particella alla galassia starburst .

Sfidare un universo incentrato sugli AGN

Questa scoperta rappresenta un cambio di paradigma per l'astronomia multi-messaggero. Per quasi un decennio, le uniche due sorgenti stazionarie e affidabili di neutrini extragalattici di alta energia sono state entrambe nuclei galattici attivi. Nel 2018, il blazar TXS 0506+056 fu identificato come la fonte del neutrino IC-170922A . Nel 2022, la Collaborazione IceCube annunciò le prove dell'emissione di neutrini dalla vicina galassia di Seyfert NGC 1068 (nota anche come Messier 77) . Queste scoperte consolidarono l'idea prevalente che i buchi neri supermassicci attivi – con i loro potenti getti e nuclei densi – fossero i motori principali per accelerare i raggi cosmici alle energie necessarie per produrre neutrini di alta energia.

"Shadow Blaster" dimostra che questo quadro è incompleto. Offre la più solida prova osservativa fino ad oggi che una diversa classe di centrali di energia – una distante e polverosa galassia starburst – può generare neutrini senza alcuna attività da buco nero. I raggi cosmici energetici che producono i neutrini vengono probabilmente accelerati nelle onde d'urto delle innumerevoli esplosioni di supernova, che segnano la fine delle stelle massicce e di breve vita in questi ambienti estremi .

L'anello mancante per il fondo cosmico di neutrini

Le implicazioni vanno ben oltre questa singola galassia. L'osservatorio IceCube ha misurato un fondo diffuso di neutrini di alta energia che arrivano da tutte le direzioni, un bagliore irrisolto che supera quanto può essere spiegato dalla sola popolazione conosciuta di blazar e AGN. Da tempo si sospettava che una frazione significativa di questo flusso mancante provenisse da galassie con intensa formazione stellare, ma mancavano prove dirette .

"Shadow Blaster" fornisce ora un collegamento tangibile. Poiché si trova nel mezzogiorno cosmico (un redshift intorno a 2–3), dimostra che l'era di picco della formazione stellare nell'universo fu anche un'era di abbondante produzione di neutrini . Gli starburst compatti e oscurati dalla polvere come JCMT0402-0424, che sono deboli o invisibili ai telescopi ottici e gamma tradizionali, potrebbero rappresentare una vasta popolazione, precedentemente nascosta, di "fabbriche di neutrini" che collettivamente spiegano il misterioso fondo diffuso . Questa scoperta non solo colma una lacuna di lunga data nella nostra contabilità cosmica, ma indirizza anche gli astronomi dei neutrini verso una nuova classe di obiettivi celati in piena vista, oscurati dalla loro stessa polvere e dalla loro estrema distanza.