TRIDENT, UN TELESCOPIO A CACCIA DI NEUTRINI
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La cosiddetta astronomia multi-messaggera è emersa negli anni come disciplina essenziale per lo studio del cosmo e dei processi fisici che lo caratterizzano. In particolare, si basa sull’osservazione di più messaggeri, ovvero particelle fisiche, non appartenenti al nostro pianeta, che arrivano sulla Terra da ogni direzione e ad energie elevatissime.
Basti pensare che certi fenomeni astrofisici del nostro Universo posso generare esplosioni così intense che le particelle prodotte hanno energie di gran lunga superiori a quelle che osserviamo oggigiorno, attraverso i comuni acceleratori, come il noto Large Hadron Collider (LHC) al CERN Ginevra.
I MESSAGGERI COSMICI
Il primo messaggero fondamentale è la luce, in tutto il suo spettro elettromagnetico. A seconda delle energie considerate, viene tipicamente rivelata sia da satelliti al di là dell’atmosfera terrestre che da osservatori posizionati sulla superficie della Terra, tipicamente in località isolate, ben lontane dall’inquinamento luminoso delle città.
Il secondo sono le onde gravitazionali. Predette da Einstein rilevate per la prima volta il 14 settembre 2015, da parte del Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO), rappresentano oscillazioni nello spazio-tempo generate da eventi cosmici molto energetici, come la fusione di buchi neri o stelle di neutroni. Così, è stato possibile accedere ad una nuova finestra per lo studio dello spazio, andando ben oltre le tradizionali osservazioni, che si basavano sulla luce.
Ultimo, ma non per importanza, è il neutrino. I neutrini sono particelle elementari estremamente leggere e neutre che interagiscono debolmente con la materia. Sono prodotti in vari processi astrofisici, inclusi fenomeni come la fusione nucleare nelle stelle, le supernovae, i buchi neri e le collisioni di particelle ad altissima energia. Dato che i neutrini interagiscono debolmente con la materia, sono in grado di attraversare grandi quantità di essa senza essere significativamente rallentati o assorbiti.
Questa caratteristica li rende messaggeri ideali per condurre osservazioni astronomiche: l’identificazione di un neutrino astrofisico permette di ricostruire la sua direzione di arrivo e così di vincolare quali sorgenti extra-galattiche sono in grado di produrli, informazioni che, ad oggi, sono quasi del tutto ignote. Ma di quale tecnologia abbiamo bisogno per studiare queste particelle?
LA NUOVA GENERAZIONE DI TELESCOPI SOTTOMARINI
Lo studio dei neutrini astrofisici richiede grandi volumi di materia, così da massimizzare la probabilità che questi interagiscano in essa. La maggior parte degli osservatori di neutrini sono costituiti da volumi massicci di acqua o ghiaccio e sono costituiti da stringhe di rivelatori equipaggiati con foto-rivelatori.
I neutrini che passano nell’acqua, o nel ghiaccio, emettono luce secondo un effetto fisico, detto Cherenkov, a seguito del quale un cono di luce viene prodotto e rivelato proprio da questi foto-rivelatori. La quantità di luce emessa è proporzionale all’energia dei neutrini, mentre l’informazione sul tempo di arrivo ci permette di capire da quale direzione provengono.
In questo campo, sarà fondamentale il nuovo osservatorio cinese di neutrini TRIDENT, composto da 1.211 stringhe verticali, ciascuna contenente 20 moduli ottici digitali, separati verticalmente da 30 m, che vanno da circa 2.800 m a 3.400 m sotto il livello del mare. I moduli ottici in questione contengono i foto-rivelatori menzionati in precedenza.
Maggiore è il volume dell’acqua che l’osservatorio monitora, maggiore è la probabilità che rilevi interazioni tra neutrini. TRIDENT (Tropical Deep-sea Neutrino Telescope) sarà il più grande rilevatore di neutrini al mondo, arrivando fino a 7.5 chilometri cubi di volume, molto grande se paragonato a ciò che esiste ora: il telescopio IceCube al Polo Sud supera di poco il chilometro cubo.
Lo sviluppo di questa nuova frontiera dell’astronomia deve molto ai suoi predecessori. IceCube è noto nel campo per aver scoperto un particolare candidato alla sorgente di neutrini extra-galattici nel 2022: NGC 1068, una galassia a spirale barrata a circa 47 milioni di anni luce di distanza, visibile nella costellazione della Balena. È una galassia attiva, ovvero una galassia da cui viene emessa una quantità significativa di energia e che pare essere alimentata da un motore centrale compatto, detto nucleo galattico attivo.
Un telescopio come TRIDENT sarà in grado di vincolare l’emissione di neutrini da sorgenti come NGC 1068 entro un anno di presa dati. Tuttavia, la costruzione di TRIDENT non sarà di certo banale: le stringhe di rilevatori devono essere ancorate saldamente al fondo del mare e il Mar Cinese Meridionale è caratterizzato da un ambiente acquatico altamente dinamico. Il moto delle stringhe non facilita di certo gli studi astronomici ed è soprattutto un fenomeno poco prevedibile.
Il team di scienziati ha così identificato una regione nella parte settentrionale del mare che risponde ai severi requisiti richiesti. Si tratta di una pianura abissale in un’ampia area pianeggiante sul fondo del mare. Inoltre, si deve tenere conto delle correnti oceaniche a diverse profondità, della radiazione naturale, della temperatura, della pressione e della salinità dell’acqua, tutti fattori ambientali pericolosamente disturbanti per le osservazioni fisiche.
Per citare la Collaborazione TRIDENT stessa, questo telescopio mira a scoprire più fonti di neutrini astrofisici ad alta energia e fornire una spinta significativa alla misurazione degli eventi dei neutrini cosmici.
Per approfondimenti, si rimanda al rispettivo articolo scientifico.
Diplomato al liceo classico, laureato in fisica a Trieste. Mi sono specializzato in astroparticelle alla Sapienza di Roma. Attualmente vivo a Bologna, dove ho iniziato il dottorato. I miei interessi spaziano l’arte, il cinema, la letteratura e la scrittura. Sono appassionato di divulgazione scientifica e credo nella sua capacità di insegnare ed emozionare. Ritengo infatti che ragione e passione siano indissolubilmente collegate, in quanto la scienza ci fornisce la chiave di lettura del reale, ma, come diceva Platone, non si può aprire la mente se prima non si apre il cuore.
