Nelle profondità delle montagne giapponesi, all'interno di un immenso serbatoio contenente 50.000 tonnellate di acqua purissima, gli scienziati hanno colto un debole sussurro proveniente dall'Universo. Il Super-Kamiokande — tra i "telescopi per neutrini" più sensibili al mondo — ha rilevato le prime tracce del cosiddetto fondo diffuso di neutrini da supernova (DSNB). Si tratta di particelle generate nell'inferno termonucleare di innumerevoli esplosioni stellari avvenute nel corso dell'intera storia del cosmo.
I neutrini non vengono definiti "fantasmi" o "spettri cosmici" per puro caso. Queste particelle elementari interagiscono pochissimo con la materia: a migliaia di miliardi attraversano il nostro corpo ogni secondo senza lasciare alcuna traccia. Eppure, sono proprio loro a trasportare la stragrande maggioranza dell'energia sprigionata durante l'esplosione di una supernova. Quando una stella massiccia esaurisce il suo combustibile, il nucleo collassa dando il via a una reazione a catena che produce circa 10^58 neutrini — una cifra che sfida persino l'immaginazione. La luce che percepiamo come un bagliore accecante rappresenta appena l'1 % dell'energia totale dell'esplosione. Tutto il resto svanisce nel vuoto sotto forma di queste particelle inafferrabili.
Fino ad oggi, gli astronomi erano riusciti a osservare i neutrini provenienti da una sola supernova: la SN 1987A, esplosa nella Grande Nube di Magellano nel 1987. Si era trattato di un evento "di quartiere", avvenuto a soli 168.000 anni luce di distanza. I neutrini di fondo, invece, sono il coro collettivo di tutte le supernovae esplose nell'arco di miliardi di anni in ogni angolo dell'Universo. Disperdendosi in ogni direzione, si sono indeboliti notevolmente e oggi "sussurrano" appena mentre permeano lo spazio. In teoria, diverse di queste particelle dovrebbero attraversare ogni centimetro quadrato della Terra ogni secondo.
La collaborazione internazionale Super-Kamiokande ha esaminato i dati raccolti in 5.002 giorni di osservazione — dal 2008 al 2020 con acqua pura e dopo il 2020, anno in cui è stato aggiunto il gadolinio per aumentare la sensibilità. I ricercatori hanno filtrato minuziosamente il rumore di fondo causato dai neutrini atmosferici, dai raggi cosmici e da altre interferenze. In un intervallo energetico compreso tra 13 e 81 MeV, è stato possibile isolare un segnale statisticamente significativo che concorda con le previsioni dei modelli sul DSNB. Il segnale corrisponde a circa 3,6 neutrini per centimetro quadrato al secondo, un valore che rientra pienamente nelle aspettative. La significatività statistica è attualmente di 2,6σ: non si tratta ancora di una scoperta ufficiale (che solitamente richiede 5σ), ma è la prima "eco" convincente mai registrata nella storia.
Per quale motivo questo risultato è così importante? Le supernovae sono le principali "fucine" di elementi pesanti nell'Universo. Il ferro presente nel nostro sangue, il calcio delle nostre ossa e l'ossigeno che respiriamo sono stati tutti espulsi, un tempo, dalle esplosioni di antiche stelle. Studiando i neutrini di fondo, abbiamo l'opportunità di analizzare le statistiche di queste esplosioni lungo tutta la storia cosmica: quante ne siano avvenute, con quale energia e come abbiano influenzato l'evoluzione chimica delle galassie. È una finestra aperta sui processi che hanno plasmato il mondo in cui esistiamo.
Sebbene il segnale sia ancora debole, il Super-Kamiokande continua ad accumulare dati e in futuro sarà affiancato da nuovi rivelatori. Il tenue sussurro dei fantasmi cosmici si sta gradualmente trasformando in un racconto nitido sulla drammatica vita delle stelle. Ogni nuovo fotone o lampo di luce nel gigantesco serbatoio sotterraneo ci porta un passo più vicini alla comprensione di come sia nato e di come evolva il nostro Universo.
