Collegare Neutrini e Gamma-Ray: Un Nuovo Strumento

I Neutrini ad alta energia dallo spazio possono arrivare con Raggi Gamma. Questi raggi gamma si creano contemporaneamente ai neutrini, a seconda di dove provengono e quanto sono distanti dalla Terra. A volte possiamo vedere questi raggi gamma direttamente, mentre altre volte rileviamo diversi tipi di luce prodotti quando i raggi gamma interagiscono con altri materiali.

Quest’articolo presenta uno strumento che usa le informazioni del Fermi-Large Area Telescope per trovare questi raggi gamma e altre forme di luce quando riceviamo avvisi sui neutrini. L’obiettivo è permettere osservazioni rapide da parte dei telescopi a terra e nello spazio. Questo può aiutare gli scienziati a capire da dove provengono i neutrini.

#Il cielo gamma extragalattico

I Blazar sono un tipo di galassia con un buco nero supermassiccio al centro. Rilasciano getti di particelle che viaggiano molto veloci e possono essere visti come luci brillanti nella parte gamma dello spettro. Questi blazar sono fonti comuni di raggi gamma nello spazio.

Un blazar tipico emette luce in due picchi su diverse gamme di energia. Il primo picco si trova nell’intervallo radio a raggi X e si pensa provenga dalle particelle nei getti. Il secondo picco avviene nell’intervallo raggi X a raggi gamma. Gli scienziati stanno ancora cercando di capire esattamente cosa causa questo secondo picco.

Il Fermi-Large Area Telescope è molto bravo a rilevare fotoni gamma. Scansiona il cielo ogni tre ore per trovare queste luci ad alta energia.

#Modelli che spiegano le emissioni ad alta energia

Ci sono due idee principali su come avviene il secondo picco di emissione dai blazar. Una idea, chiamata modello leptonic, suggerisce che le emissioni ad alta energia provengano da elettroni che disperdono luce. Questo può succedere tramite la luce prodotta dal blazar stesso o da altre fonti vicine.

L’altra idea, conosciuta come modello lepto-hadronic, suggerisce che particelle ad alta energia chiamate protoni creano le emissioni tramite radiazione di sincrotrone o dalla disintegrazione di altre particelle. Se i blazar producono particelle ad alta energia, potrebbero essere una fonte importante dei neutrini che rileviamo sulla Terra.

#IceCube e avvisi sui neutrini

Dal 2016, IceCube ha inviato avvisi in tempo reale per possibili eventi astrofisici di neutrini. Questo permette ad altri telescopi di attivarsi rapidamente e osservare gli stessi punti nel cielo dove sono stati rilevati i neutrini. Gli avvisi vengono inviati tramite varie reti, assicurando che gli scienziati possano condividere velocemente informazioni su questi eventi.

Questi avvisi mirano ad aiutare gli scienziati a vedere eventi multimessaggeri, dove diversi tipi di messaggeri cosmici provengono dallo stesso posto.

#Strumento automatizzato per l’analisi

Lo strumento di cui parliamo qui è progettato per usare i dati di Fermi-LAT per trovare controparti gamma-ray per eventi di neutrini. Quando arriva un avviso di neutrino, lo strumento controlla cosa sta succedendo in quella zona del cielo. Determina se l’area può essere osservata dall terra e se ci sono eventi notevoli, come un flare gamma, che si stanno verificando lì.

Questa analisi coinvolge diversi passaggi. Lo strumento ascolta gli avvisi in arrivo, che segnano eventi di singoli neutrini. Gli avvisi forniscono dettagli chiave, come il tipo di evento e le sue coordinate nel cielo.

Dopo, lo strumento esegue un’analisi automatica dei dati di Fermi-LAT nell’area intorno all’avviso di neutrino. Controlla la visibilità da diversi osservatori e raccoglie dati storici su fonti conosciute in quella regione. Ogni avviso viene analizzato più volte man mano che arrivano nuovi dati.

#Elaborazione dei dati di Fermi-LAT

Il primo passo nell’analisi dei dati di Fermi-LAT per un avviso di neutrino implica guardare alle emissioni gamma nei giorni che precedono l’evento. Lo strumento utilizza software specifici progettati per analizzare i dati di Fermi. Tiene conto del rumore di fondo da altre fonti per concentrarsi sui segnali più rilevanti.

L’analisi si concentra su un raggio specifico intorno all’avviso per trovare fonti che possono contribuire agli eventi di neutrini osservati. Cerca fonti conosciute e cerca anche nuove potenziali fonti.

#Risultati dell’analisi

Dopo aver analizzato i dati, lo strumento fornisce una varietà di risultati, inclusi mappe che mostrano tutte le fonti vicine all’avviso di neutrino. Queste mappe aiutano a visualizzare da dove provengono i raggi gamma e se sono state scoperte nuove fonti. Fornisce anche link a database dove si può trovare ulteriori informazioni su queste fonti.

L’output include grafici diagnostici che mostrano il significato delle emissioni gamma rilevate. Questo aiuta gli scienziati a valutare quanto sia probabile che queste emissioni siano collegate all’evento di neutrino.

Inoltre, lo strumento produce una mappa del cielo interattiva che evidenzia le fonti vicine in vari cataloghi. Questo fornisce un modo semplice per i ricercatori di vedere altri oggetti di interesse nelle vicinanze.

#Esempio di un avviso di neutrino

Come esempio, possiamo guardare a un avviso di neutrino specifico. Questo avviso, ricevuto il 6 maggio 2023, fornì dati chiave che lo strumento utilizzò per l'analisi. Il processo implica la creazione di una mappa del cielo che include tutte le fonti rilevanti nell’area, determinando le loro distanze dall’avviso di neutrino e raccogliendo dati che possono rimandare a database dove si può trovare più informazioni.

L’output mostra più grafici e punti dati rilevanti che aiutano gli scienziati a visualizzare la situazione. L’analisi dello strumento identificherebbe fonti conosciute così come nuove che potrebbero contribuire alla rilevazione di neutrini.

#Futuro dello strumento automatizzato

Questo strumento è ancora nelle sue fasi iniziali e ha molta strada da fare. I lavori futuri potrebbero includere l’espansione dell’analisi per rivedere un anno di dati, permettendo indagini più approfondite sui modelli intorno agli eventi di neutrini.

Inoltre, raccogliere più dati multi-lunghezza d’onda potrebbe portare a intuizioni più ricche sulle fonti delle emissioni di neutrini. Si prevede anche che lo strumento migliori la compatibilità con i sistemi di avviso esistenti per semplificare ancora di più il processo.

#Conclusione

Lo strumento automatizzato di cui abbiamo parlato qui mira a connettere in modo efficiente i neutrini ad alta energia con le loro controparti gamma-ray. Questa capacità consente osservazioni di follow-up rapide che potrebbero aiutare a svelare i misteri dietro questi eventi cosmici. Man mano che questo strumento si sviluppa ulteriormente, promette di migliorare la nostra comprensione dell'universo e dei processi in gioco nelle fonti di emissioni ad alta energia.