Un neutrino se estrella contra el hielo

Una partícula pequeña y reluciente se remonta a sus terrenos cósmicos, una galaxia llameante a 4 mil millones de años luz de distancia, por primera vez resolviendo una novela cósmica.

Los científicos han desconcertado durante mucho tiempo las fuentes de partículas de alta energía del espacio, que batean la Tierra a energías que pueden sobrepasar a los aceleradores de partículas más avanzados del mundo. Ahora, los físicos han identificado la fuente de una partícula energética y liviana llamada neutrino. El viajero intergaláctico provenía de un tipo de galaxia brillante llamada blazar ubicado en la dirección de la constelación de Orión, los científicos informan en línea el 12 de julio en Science .

"Esta es una noticia muy emocionante", dice la astrofísica Angela Olinto de la Universidad de Chicago, que no participó en el nuevo resultado. "Está marcando el comienzo de lo que llamamos astronomía de neutrinos", que utiliza partículas casi sin masa para revelar secretos de rarezas cósmicas como blazars. Si bien puede haber fuentes cósmicas adicionales para neutrinos de alta energía, la detección indica que al menos algunos provienen de blazars.

El resultado también sugiere que los blazars emiten otras partículas energéticas conocidas como rayos cósmicos, que se producen en tándem con neutrinos. Los orígenes de los rayos cósmicos de alta energía son poco conocidos y hasta ahora, "nadie ha sido capaz de identificar una fuente que los produce", dice el astrofísico Francis Halzen de la Universidad de Wisconsin-Madison, un líder de IceCube, el neutrino antártico. observatorio que detectó la partícula.

Gracias a este descubrimiento, "comprenderemos mejor la naturaleza de los inmensos aceleradores cósmicos del universo", dijo France Córdova en una conferencia de prensa el 12 de julio en Alexandria, Virginia. Los científicos no pueden producir tales partículas de alta energía en la Tierra, "así que tenemos volvernos hacia el cielo para profundizar nuestra comprensión de los procesos de mayor energía ", dijo Córdova, el director de la National Science Foundation, que financió IceCube.

IceCube, que se construyó dentro de un kilómetro cúbico de capa de hielo, utiliza miles de sensores incrustados para medir la luz producida cuando los neutrinos chocan contra el hielo. El 22 de septiembre de 2017, IceCube detectó un neutrino con una energía de casi 300 billones de electronvoltios. (Por comparación, los protones en el Gran Colisionador de Hadrones en Ginebra alcanzan energías de 6.5 billones de electronvoltios).

LA ARMADURA DE ORIÓN Por primera vez, un neutrino de alta energía se ha remontado a una fuente fuera de la Vía Láctea, una galaxia en la constelación de Orión (ubicación indicada en azul).

LA COLABORACIÓN ICECUBE

Al rastrear la pista del neutrino hacia atrás, los científicos se concentraron en una región del cielo en la dirección de la constelación de Orión. Los astrónomos se pusieron en acción y los telescopios de todo el mundo exploraron el lugar en busca de luz que pudiera revelar la fuente de la partícula. Una llamarada de rayos gamma, un tipo de luz de alta energía, fue detectada por el Telescopio espacial de rayos gamma Fermi, proveniente de un blazar llamado TXS 0506 + 056, una brillante galaxia impulsada por un enorme agujero negro que lanza un chorro de partículas energéticas en la dirección de la Tierra. Una variedad de telescopios observaron la llamarada del blazar en otros tipos de luz, incluidos los rayos X y las ondas de radio.

Después de la detección de las ondas gravitacionales y la luz de las estrellas de neutrones en colisión ( SN: 11/11/17, p.6 ) observadas en agosto de 2017, la investigadora de Fermi Regina Caputo pensó: "Esto es una locura, el cielo está en erupción, " ella dice. "Casi no podía creerlo; el universo se está revelando de formas nunca antes imaginadas ", dice Caputo, del Goddard Space Flight Center de la NASA en Greenbelt, Maryland.

La detección de neutrinos de alta energía con una dirección entrante bien definida es rara: IceCube envió a los astrónomos solo 10 informes de tales detecciones en el año y medio antes de que se encontrara este neutrino. Esta fue la primera vez que los investigadores tuvieron la suerte de detectar también la fuente de luz.

"Para esto se construyó IceCube, para tratar de ver neutrinos de alta energía a partir de estas fuentes exóticas", dice la física del neutrino Kate Scholberg de la Universidad de Duke, que no participó en la investigación.

Anteriormente, los científicos identificaron los lugares de nacimiento de los neutrinos de energías mucho más bajas: una estrella explosiva ( SN: 2/18/17, p.24 ) y el sol. Pero los neutrinos de alta energía han sido más elusivos. Si bien ha habido indicios previos de neutrinos de alta energía asociados con los estallidos de blazar ( SN Online: 4/7/16 ), la nueva detección hace la primera conexión sólida entre los blazars y los neutrinos de alta energía.  

Después de desenmascarar la fuente del neutrino, los investigadores de IceCube volvieron a sus datos y buscaron neutrinos adicionales que podrían haber venido del blazar. "Había algo interesante sucediendo allí", dice la investigadora de IceCube Naoko Kurahashi Neilson de la Universidad de Drexel en Filadelfia. Durante siete meses a partir de septiembre de 2014, IceCube detectó una llamarada de neutrinos, un exceso de neutrinos de alta energía de esa vecindad, informaron los investigadores en un segundo artículo publicado en Science el 13 de julio .

VEA LA LUZ Los sensores incrustados en hielo (ilustrados) se usan en el experimento IceCube para detectar la luz emitida cuando un neutrino interactúa con el hielo.

LA COLABORACIÓN ICECUBE

Los Blazars aún son poco conocidos, incluso qué tipo de partículas destruyen. Debido a que los neutrinos de alta energía pueden producirse solo en combinación con protones, la detección revela que los blazars también son una fuente de rayos cósmicos, que consisten en protones y núcleos atómicos.

Los rayos cósmicos se han detectado en la Tierra a energías ultra altas, y ha sido un misterio qué tipo de motor cósmico podría revolucionar las partículas hasta esos extremos. "Esto puede ser una pista de su origen", dice el astrofísico Floyd Stecker de la NASA Goddard. Pero aún no está claro si los blazars pueden acelerar los protones a las energías más altas observadas, dice.

Se sabe que los rayos cósmicos de mayor energía provienen de fuera de la Vía Láctea. Pero, en general, los rayos cósmicos dejan pocas pistas sobre sus lugares de nacimiento: a medida que viajan por el espacio, sus trayectorias se tuercen por los campos magnéticos y, por lo tanto, no apuntan confiablemente a sus fuentes.

Los neutrinos, por otro lado, son eléctricamente neutros, lo que significa que no se ven afectados por los campos magnéticos, viajando en línea recta desde sus orígenes hasta la Tierra. Dado que los rayos cósmicos de alta energía y los neutrinos se producen juntos, las partículas también pueden ayudar a los científicos a comprender los rayos cósmicos, dice Olinto. "Lo que nos dieron los neutrinos es una forma de atravesar la niebla".