La Via Lattea come non l’abbiamo mai vista è stata fotografata dal laboratorio IceCube in Antartide. Per la prima volta le particelle fantasma, i neutrini, hanno puntato un oggetto fisico specifico regalandoci una mappa inedita della nostra galassia.
L’impresa pionieristica servirà, oltre ad avere una nuova visione della Via Lattea, a studiare i neutrini cosmici e le loro reazioni. Grazie all’intelligenza artificiale, in grado di interpellare enormi quantità di dati, inizieranno nuovi studi sul cosmo e sulla materia oscura.
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SostieniciIceCube fotografa la Via Lattea
La stazione IceCube è il cuore dell’esperimento, oltre al laboratorio in superficie, quello che non vediamo è il chilometro cubo di volume di ghiaccio sotterrato, dove migliaia di sensori registrano il passaggio dei neutrini. Queste particelle sono dette fantasma perché hanno una massa piccolissima e una velocità così elevata da essere vicini a quella della luce. Interagiscono di rado con la materia e sfuggono per questo all’occhio attento di ricercatori in tutto il mondo. Servono apparati molto grandi per studiarne i comportamenti e misurarne le interazioni, uno di questi si trova in Antartide.
I neutrini sono emessi da stelle e galassie, imparare a rilevarli vorrebbe dire capire molto di più sulla Via Lattea e sulla vita delle stelle nel nostro sistema. Mentre fino ad ora gli scienziati hanno restituito la fotografia dell’universo attraverso fotoni, onde radio e raggi gamma; per la prima volta entrano in gioco i neutrini catturati nel cubo di ghiaccio antartico. Per ora la mappa è incompleta e sfocata, ma presto metterà a fuoco i misteri dell’Universo come la materia oscura. o anche i segreti delle supernove, le stelle che hanno concluso il ciclo vitale esplodendo.
I neutrini provenienti dalla Via Lattea
Le particelle fantasma hanno diversa origine come la fucina nucleare delle stelle, il Sole o altri pianeti della nostra e altre galassie. Misurando i neutrini è possibile risalire alla fonte perché questi preservano un’immagine della sorgente durante le interazioni e gli spostamenti. IceCube ha fatto proprio questo, restituendoci la mappa della Via Lattea. Sono dieci anni che il cubo con i suoi 5160 sensori calati in profondità osserva il segnale luminoso generato dal passaggio di neutrini attraverso il ghiaccio. Per intercettare l’emissione dei neutrini della Via Lattea ci sono voluti diversi anni e un sistema basato sull’IA. Inizialmente sono stati evidenziati i segnali provenienti dalle altre galassie, quindi quelli in ingresso dall’emisfero boreale. La nostra galassia è visibile dall’emisfero australe.
Gli scienziati sono riusciti ad utilizzare la Terra come filtro, prendendo in considerazione i segnali prodotti dalle particelle in ingresso dal basso che attraversavano l’intero pianeta fino ad arrivare al Polo Sud: le inafferrabili particelle fantasma sono arrivate nell’emisfero australe entrando da quello boreale e attraversando il globo. Si è dunque rovesciato l’approccio avuto finora andando a osservare quello che succede in profondità per capire meglio ciò che accade sopra di noi, ad anni luce di distanza dal nostro pianeta. Non solo intelligenza artificiale, è stata fondamentale la presenza concatenata dell’ingegno umano per indirizzare gli algoritmi e interpretare i risultati. Anche un team esterno di ricercatori italiani ha partecipato al lavoro. Nello specifico realizzando il modello Kra-gamma.
Il machine learning a caccia di neutrini
La sfida più grande dell’esperimento è stata capire da dove provenissero i neutrini catturati dai sensori, perché i dati raccolti in dieci anni di lavoro dagli astrofici non potevano dare risultati precisi. Il “filtro Terra” non è bastato per censire la mole di informazioni a disposizione. Così è intervenuto un sistema di machine learning a fare una cernita delle rilevazioni giunte esclusivamente dalla Via Lattea. Il modello di apprendimento automatico è in grado di fare controlli incrociati sui risultati delle osservazioni. In particolare gli astrofisici hanno notato differenze di angolazione tra i segnali provenienti dalla Via Lattea e quelli esterni. Hanno calibrato con cura la risposta dei sensori migliorandone la risoluzione angolare in base alla compatibilità dei segnali che ci si aspettava di captare. Ci sono riusciti proprio grazie all’IA che ha reso le operazioni molto più precise ed efficienti.
Il prossimo obiettivo sarà misurare l’intensità dei flussi di neutrini e trovare le direzioni specifiche da cui provengono per individuare e studiare le sorgenti astrofisiche all’interno della Via Lattea. I ricercatori per la prima volta hanno una prova tangibile dei neutrini che originano dal nostro piano galattico, è stato scoperto un nuovo strumento di osservazione grazie al quale un giorno potremo incredibilmente saperne di più sulla materia oscura. “La forte evidenza della Via Lattea come sorgente di neutrini ad alta energia ha superato i rigorosi test della Collaborazione. Il prossimo passo sarà identificare sorgenti specifiche all’interno della galassia” afferma il portavoce di IceCube per la stampa. Il livello di confidenza delle scoperte fatte si aggira attorno al 4,5 sigma, vicinissimo al 5 sigma che attesta l’evidenza sperimentale e inconfutabile di una scoperta scientifica.
