La particella fantasma più energetica di IceCube proveniva da una fabbrica di stelle nascosta nella polvere

Un neutrino può attraversare un anno luce di piombo senza toccare un singolo atomo. Quando uno arriva a IceCube — il rivelatore di un chilometro cubo sepolto nel ghiaccio antartico al Polo Sud — lascia una debole scia blu di luce che dura nanosecondi, sufficiente per registrarne direzione ed energia. Il 22 settembre 2021, quello arrivato trasportava 750 trilioni di elettronvolt. È circa 100 miliardi di volte l’energia di un fotone di luce visibile, e ben oltre ciò che qualsiasi acceleratore di particelle sulla Terra può produrre.

Il lampo puntava verso la costellazione dell’Eridano. Diversi team di ricerca hanno immediatamente puntato i loro telescopi verso la stessa zona di cielo e cercato raggi gamma, raggi X, luce ottica — il kit di strumenti standard per il follow-up quando IceCube cattura qualcosa di estremo. Non hanno trovato nulla. Nessun blazar. Nessun buco nero attivo, nessun quasar, nessuna fonte identificata di alcun tipo. Il cielo appariva vuoto.

Il neutrino è stato catalogato come IC 210922A e archiviato. Per quasi quattro anni non ha avuto un’origine confermata.

La galassia che ogni telescopio ha mancato

Yuji Urata al MITOS Science di Taiwan aveva un’idea diversa su cosa cercare. I neutrini attraversano la polvere — attraversano quasi tutto. Ma la luce no. Se la fonte del neutrino era sepolta all’interno di una nube di gas e polvere abbastanza densa, ogni telescopio ottico e a raggi X l’avrebbe semplicemente mancata. La soluzione era un telescopio che utilizza lunghezze d’onda che penetrano la polvere: la radio.

Il team di Urata ha puntato ALMA — l’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array in Cile — verso la stessa regione di cielo. Quello che hanno trovato è JCMT0402−0424, una galassia che era stata invisibile a ogni altra ricerca. Il suo soprannome è diventato rapidamente Shadow Blaster.

Shadow Blaster si trova a un redshift di 2,988. La sua luce è partita 11 miliardi di anni fa, quando l’universo aveva circa 2,8 miliardi di anni — un’era che gli astronomi chiamano mezzogiorno cosmico, quando le galassie in tutto l’universo stavano assemblando stelle al ritmo più alto della storia cosmica. Shadow Blaster lo faceva con particolare ferocia, generando centinaia di masse solari di nuove stelle ogni anno all’interno di un nucleo compatto largo appena 1.700 anni luce. Una galassia in primo piano funge da lente gravitazionale, curvando lo spazio abbastanza da creare immagini multiple e luminose di Shadow Blaster e permettendo ad ALMA di ricostruire la sua struttura interna in dettaglio che altrimenti sarebbe impossibile a questa distanza.

La probabilità che Shadow Blaster appaia nella regione di localizzazione di IceCube per caso è dell’1% o inferiore.

Stelle, non buchi neri

La teoria dominante su dove abbiano origine i neutrini di altissima energia di IceCube puntava ai blazar: galassie i cui buchi neri supermassicci sono puntati direttamente verso la Terra con potenti getti di materiale accelerato, pompando un’enorme energia nello spazio. La logica era: qualsiasi cosa generi particelle da 750 trilioni di elettronvolt aveva bisogno di una fonte estrema, e nulla sembrava più estremo di un buco nero che consuma materiale al massimo dell’efficienza.

Shadow Blaster non ha alcun buco nero attivo rilevato. La sua energia proviene dalle stelle — o più precisamente, dalle conseguenze di stelle che muoiono e nascono a ritmi straordinari. Nelle regioni dense di formazione stellare, le onde d’urto delle supernove accelerano protoni e nuclei più pesanti a velocità prossime a quella della luce. Quando questi raggi cosmici si scontrano con il gas circostante, la cascata di collisioni produce pioni che decadono in neutrini. Più denso e compatto è il serbatoio di gas, più collisioni avvengono e più neutrini fuoriescono.

La teoria secondo cui le galassie starburst compatte potrebbero essere importanti fonti di neutrini esisteva in articoli teorici da decenni. Shadow Blaster è la prima galassia individuale a trasformarla in una rilevazione fisica piuttosto che in una previsione.

Urata ha detto che Shadow Blaster “possiede il tipo di ambiente denso e ricco di gas che i modelli teorici hanno a lungo suggerito potesse produrre efficientemente neutrini ad alta energia.” Martin Still della National Science Foundation, commentando il risultato, ha sottolineato come l’astronomia multi-messaggero — combinando segnali da diversi tipi di osservatori — stia aprendo “dettagli senza precedenti” che nessun singolo telescopio potrebbe raggiungere.

Le stelle potrebbero rappresentare un quinto della foschia di neutrini di IceCube

IceCube non cattura solo singoli eventi ad alta energia. Misura anche un fondo diffuso di neutrini che arrivano da tutte le direzioni — una foschia costante di particelle fantasma provenienti da fonti sparse in tutto l’universo osservabile. Questo fondo è stato uno dei persistenti enigmi dell’astrofisica delle alte energie: troppo grande per essere spiegato solo dai blazar, ma i contributori aggiuntivi non erano identificati.

Il team di Urata stima che galassie del tipo di Shadow Blaster — starburst compatti e oscurati dalla polvere al mezzogiorno cosmico — potrebbero rappresentare dal 15 al 20% di quel fondo di neutrini diffuso. Il mezzogiorno cosmico era quando questo tipo di galassia era più comune, e la maggior parte di esse era nascosta dietro polvere che le rendeva invisibili ai rilievi del cielo che hanno preceduto ALMA. La popolazione completa non è mai stata contata adeguatamente.

Se la stima del contributo regge, trovare galassie del tipo di Shadow Blaster potrebbe spiegare una frazione sostanziale del segnale che IceCube accumula senza spiegazione da oltre un decennio.

Un singolo dato non è ancora una scoperta

Un singolo dato non è una scoperta. IC 210922A è un evento singolo. La probabilità di coincidenza dell’1% è al di sotto della soglia in cui i fisici possono dichiarare un’associazione confermata — la collaborazione IceCube richiede in genere più eventi correlati dalla stessa direzione prima di rivendicare una fonte identificata. Shadow Blaster è un candidato convincente, e la probabilità è forte, ma un secondo neutrino dalla stessa direzione non è ancora arrivato.

Anche il meccanismo all’interno di Shadow Blaster è dedotto, non osservato direttamente. Il caso si basa sulle proprietà del suo ambiente — compatto, denso, ricco di gas, alto tasso di supernove — piuttosto che sulla rilevazione delle interazioni specifiche delle particelle che hanno prodotto l’energia di questo neutrino. Esattamente quale parte della galassia lo abbia generato, e attraverso quale sequenza di collisioni, non può ancora essere stabilito.

Il contributo del 15-20% al fondo di IceCube comporta un’incertezza significativa. Dipende dal numero di galassie simili che esistono al mezzogiorno cosmico, dall’efficienza con cui i loro interni convertono l’energia di formazione stellare in neutrini e da quanto Shadow Blaster sia rappresentativa della popolazione. Sono necessarie più associazioni confermate per vincolare il calcolo.

Domande comuni su Shadow Blaster e IceCube

Cos’è un neutrino e perché è così difficile risalire alla sua fonte?

Un neutrino è una particella subatomica con quasi nessuna massa e nessuna carica elettrica. Interagisce con la materia ordinaria così raramente che trilioni di essi attraversano il tuo corpo ogni secondo senza lasciare traccia. IceCube cattura i rari casi in cui uno interagisce con un atomo nel ghiaccio, ma anche allora la direzione registrata ha un’incertezza angolare di uno o più gradi — una vasta zona di cielo. All’interno di quella zona, potrebbe apparire un numero qualsiasi di oggetti.

Perché ci sono voluti quattro anni per identificare Shadow Blaster?

Perché le normali ricerche di follow-up per gli eventi di IceCube utilizzano telescopi ottici, a raggi X e a raggi gamma — nessuno dei quali può vedere attraverso la polvere. Lo spesso involucro di polvere di Shadow Blaster assorbiva tutta quella luce prima che potesse sfuggire dalla galassia. ALMA opera a lunghezze d’onda radio e submillimetriche che penetrano la polvere, ma una ricerca dedicata di ALMA mirata a oggetti oscurati dalla polvere alle coordinate del neutrino ha richiesto che il team di Urata facesse una scelta deliberata di cercare ciò che altre ricerche avevano mancato.

Cos’è il mezzogiorno cosmico?

Il periodo circa 10 miliardi di anni fa in cui il tasso complessivo di formazione stellare dell’universo ha raggiunto il suo picco storico. Le galassie di quell’epoca non avevano ancora consumato i loro serbatoi di gas, e molte formavano stelle a ritmi che sarebbero considerati violenti per gli standard odierni. La maggior parte di quelle galassie era oscurata dalla polvere prodotta dalla loro stessa formazione stellare — rendendo le osservazioni radio di ALMA lo strumento principale per studiarle.

Le galassie starburst polverose potrebbero spiegare tutto il fondo di neutrini di IceCube?

Probabilmente no. La stima attuale è del 15-20% — una frazione significativa, ma la maggior parte del fondo probabilmente proviene da più popolazioni di fonti che agiscono insieme: blazar, certe supernove, lampi gamma e galassie starburst. Trovare più singole fonti confermate è l’unico modo per stabilire le frazioni.

Cosa succede dopo in questa linea di ricerca?

La collaborazione IceCube sta estendendo le sue ricerche per incrociare eventi ad alta energia con i rilievi di ALMA delle galassie starburst polverose. La prossima generazione di IceCube (IceCube-Gen2), attualmente in fase di progettazione, espanderà il rivelatore e migliorerà la risoluzione direzionale, riducendo la zona di cielo da cercare dopo ogni evento. I ricercatori stanno anche pianificando campagne di follow-up rapido con ALMA per il prossimo lotto di neutrini di energia estrema.

Pubblicato in Nature Astronomy nel giugno 2026, la rilevazione di Shadow Blaster apre un nuovo capitolo nell’astronomia multi-messaggero: le particelle fantasma più energetiche dell’universo non sono generate solo dai buchi neri. Alcune di esse provengono dai luoghi in cui le stelle nascono così velocemente, e muoiono così violentemente, che il gas tra di loro prende fuoco.

Riferimento: Urata et al., “Compact dusty starbursts at cosmic noon linked to high-energy neutrinos,” Nature Astronomy, 2026. DOI: 10.1038/s41550-026-02884-9

Tag: astronomia, ALMA, IceCube, multi-messenger astronomy, neutrino, Shadow Blaster