Astrofisica con fotoni di altissima energia

Astrofisica con i telescopi MAGIC e CTA
Utilizziamo dei telescopi speciali (telescopi “Cherenkov”) alle Isole Canarie per studiare i raggi gamma ad alta energia provenienti dall’universo (MAGIC/CTA). Questi ultimi sono importanti messaggeri di fenomeni che avvengono negli oggetti celesti più potenti, come buchi neri e supernovae, che possiamo usare per mettere alla prova le leggi fisiche in condizioni estreme di energia e gravità. Il telescopio è composto da un enorme insieme di specchi, capaci di rilevare la debole luce emessa dai raggi cosmici quando attraversano l’atmosfera.
Contatti: Mosè Mariotti, Michele Doro, Alessandro De Angelis, Elisa Bernardini
Sito web: MAGIC/CTA

Astrofisica con il satellite FERMI
Le osservazioni si fanno anche dallo spazio: FERMI è un satellite per la cosiddetta “astronomia dei raggi gamma ad alta energia”. È in funzione dal 2008, e osserva i fotoni in un ampio intervallo di energie. Permette una visione senza precedenti di fenomeni fisici delle alte energie dal Sistema Solare ai confini più remoti del cosmo.
Contatti: Riccardo Rando, Alessandro De Angelis
Sito web: FERMI

Astrofisica con l’esperimento SWGO
Per osservare raggi gamma alle energie estreme del PeV si sta progettando un nuovo esperimento (SWGO) che osserverà le particelle secondarie prodotte dai gamma nell’atmosfera attraverso un sistema di rivelatori che si estendera’ per chilometri in un sito ad alta quota dell’America Latina.
Contatti: Michele Doro
Sito web: SWGO

  Astrofisica neutrinica

Siamo impegnati in prima fila nel settore emergente dell’astrofisica con telescopi per neutrini. I neutrini sono messaggeri ideali in quanto sono debolmente assorbiti e mantengono memoria della direzione di provenienza non essendo influenzati dai campi magnetici, consentono ovvero di puntare alle sorgenti astrofisiche che li hanno emessi, anche dalle regioni più remote dell’Universo. I cosiddetti neutrini cosmici sono milioni o addirittura miliardi di volte più̀ energetici di quelli prodotti nelle reazioni di fusione nucleare che alimentano le stelle. Oltre a svelarci misteri dell’universo inaccessibili con altri messaggeri, i neutrini cosmici consentono di studiare le proprietà̀ fisiche dei neutrini e delle interazioni fondamentali ad energie molto più elevate ed inaccessibili con i grandi acceleratori di particelle (link).
Per la prima volta dopo anni di sviluppi tecnologici il telescopio di neutrini IceCube ha scoperto l'esistenza di neutrini di altissima energia di origine cosmica. Ad oggi è stato possibile stabilire un legame diretto con specifiche sorgenti astrofisiche osservate anche con altri messaggeri (p.e. fotoni di altissima energia), appartenenti a due classi distinte, ovvero una Blazar ed una galassia di Seyfert. Più recentemente IceCube ha rivelato anche neutrini cosmici dalla Via Lattea, che per la prima volta viene quindi osservata con messaggeri diversi da fotoni. Siamo agli albori della cosiddetta astronomia “multimessaggera” che permetterà̀ di comprendere più a fondo la natura dei fenomeni astrofisici in grado di generare le particelle di elevatissima energia che osserviamo, note come raggi cosmici. La recente scoperta ci presenta un nuovo panorama della nostra galassia che sembra già riservarci delle sorprese. Infatti l’emissione osservata risulta essere significativamente più intesa ed energetica di quella predetta dai modelli teorici di interazione dei raggi cosmici nella galassia.

Astrofisica neutrinica con gli esperimenti IceCube e KM3NeT
IceCube è un rivelatore di una gigatonnellata in funzione presso la stazione Amundsen-Scott del Polo Sud, in Antartide. Nel Mar mediterraneo, un esperimento della stessa scala di IceCube è in costruzione, KM3NeT, che utilizza l’acqua marina come mezzo di rivelazione delle particelle.
Contatti: Elisa Bernardini
Sito web:  IceCube

Astrofisica neutrinica con gli esperimenti Hyper-Kamiokande, DUNE e JUNO
Altri grandi esperimenti di neutrini sono in fase di costruzione in Giappone, negli USA e in Cina, rispettivamente Hyper-Kamiokande, DUNE e JUNO. Questi esperimenti, oltre a sondare la natura del neutrino attraverso il processo delle oscillazioni sono in grado di osservare neutrini prodotti da esplosioni di stelle (supernovae), nell’interno del Sole e nell’atmosfera e contribuire all’astrofisica multi-messaggera in maniera complementare ai grandi telescopi di neutrini. Saranno inoltre importantissimi per capire fino a che punto possiamo essere certi che il protone sia una particella stabile.
Contatti: Gianmaria Collazuol, Alberto Garfagnini, Daniele Gibin
Sito web:  Hyper-Kamiokande, Super-Kamiokande, JUNO, DUNE

  Astrofisica multi-messaggera

Per la prima volta dopo anni di tentativi l’esperimento IceCube, in Antartide, ha stabilito la presenza di neutrini di altissima energia di origine astrofisica stabilendo un legame diretto con specifiche sorgenti che sono state osservate anche con altri metodi (p.e. fotoni di altissima energia, onde gravitazionali). Siamo agli albori della cosiddetta astronomia “multimessaggera” che permetterà di comprendere più a fondo la natura dei fenomeni astrofisici in grado di generare le particelle di elevatissima energia che osserviamo.
Contatti : Elisa Bernardini, Gianmaria Collazuol, Daniele Gibin, Alberto Garfagnini.
Sito web:  IceCube, CTA, VIRGO, ET, Hyper-Kamiokande, Super-Kamiokande, DUNE, JUNO

  Onde gravitazionali

Le onde gravitazionali sono fenomeni quasi impercettibili, previsti dalla Relatività Generale, che si verificano quando oggetti compatti e massicci come buchi neri e stelle di neutroni si scontrano. Esse ci offrono una nuova finestra per studiare l'Universo, perché contengono informazioni che non sarebbero accessibili con le osservazioni standard basate sulla radiazione elettromagnetica.
Siamo coinvolti nell’esperimento VIRGO che rivela onde gravitazionali di origine astrofisica in una rete globale con i rivelatori LIGO e KAGRA. Il rivelatore è costituito da un interferometro laser con due bracci lunghi ciascuno 3 km e tra loro perpendicolari, installato vicino a Pisa in Italia. La collaborazione VIRGO è formata da circa 700 membri distribuiti in 15 diverse nazioni. Oltre a Virgo, l’Europa si prepara a realizzare un nuovo detector ancora più potente chiamato ET (Einstein Telescope). Si tratterà di un interferometro sotterraneo con due o tre bracci, ciascuno della lunghezza di circa 10 km. Uno dei possibili siti nei quali è possibile realizzarlo si trova nella Sardegna occidentale, vicino alla miniera Sos Enattos, dove il rumore sismico è molto basso.
Contatti : Marco Bazzan, Giacomo Ciani
Sito web:  VIRGO, LIGO, KAGRA, ET,  ET Italia

  Materia oscura: l’assione

Fra i candidati di interesse in ricerca di materia oscura ci sono gli assioni. L’esperimento QUAX, in corso ai Laboratori Nazionali di Legnaro, sta investigando se queste particelle leggere ma potenzialmente molto abbondanti permeano il nostro spazio. Per riuscirci, impiega sfere magnetiche poste all’interno di un campo elettromagnetico molto intenso presente all’interno di un conduttore di rame eccitato da onde radio.
Contatti: Caterina Braggio
Sito web:QUAX

  Energia oscura

EUCLID è una missione dell’ESA con l’obiettivo di creare la più precisa mappa esistente della distribuzione di materia visibile e oscura, al fine di studiare l’espansione dell’Universo e la natura dell’energia oscura. La mappa sarà prodotta misurando il redshift e il debole effetto di lente gravitazionale di miliardi di galassie. Il satellite è stato lanciato il primo luglio 2023 e le prime immagini corredate da risultati scientifici sono state rilasciate a maggio 2024.
Contatti: Chiara Sirignano.
Sito web:  EUCLID