Histórico: por primera vez la ciencia detecta dónde nace un neutrino

Representación de un blazar resplandeciente, un haz de partículas de altísima energía disparandose perpendicularlmente al plano de una galaxia.

 

Un neutrino solitario y de alta energía golpeó la Tierra el 22 de setiembre del año pasado. Vino de una galaxia muy lejana en espiral con un agujero negro supermasivo. Este solo hallazgo es histórico, ya que consigue responder un enigma cosmológico que ha tenido intrigada a la comunidad científica hace más de 100 años: de dónde vienen los rayos cósmicos, o las emisiones de partículas más potentes que se conocen. La investigación fue publicada en Nature.

 

Esto ocurre gracias a que la partícula fantasma (así se le conoce también a los neutrinos) que apenas interactúa con otras materias, ha dejado pistas suficientes para entender de dónde realmente proceden. Por 4 mil millones de años, este neutrino viajó a través del espacio sin que nada lo detenga. Pasó estrellas, pedazos de roca y otras galaxias. Podría haber pasado incluso a través de ellos, ya que los neutrinos a menudo navegan a través de la materia sin dejar pista alguna, por eso lo de fantasmas. Entonces, todo el tiempo que le tomó a la vida surgir en la Tierra, para que emerjan las bacterias, los hongos, las plantas y animales, y que una especie de estos animales (nosotros) sepa de su existencia, este neutrino viajó sin perturbaciones.

Finalmente, el neutrino se estrelló contra un átomo en un bloque de hielo en la Antártida, disparando otra partícula de mucha energía llamada muón hacia el Observatorio de Neutrinos IceCube, un detector de partículas bajo el hielo antártico, y desapareció para siempre.

Ocurre todo el tiempo, pero este fue especial

Una corriente de neutrinos de alta energía desde lo más profundo del cosmos golpea la Tierra todo el tiempo. Aunque este fue especial porque los científicos estaban listos para él. Por años, refinaron sus instrumentos para detectarlo, comprendieron de qué parte podría venir, y apuntaron con sus telescopios del todo el mundo a esa parte del cielo. No era la primera vez que se intentó, pero funcionó. El Telescopio Espacial de Rayos Gamma Fermi y docenas de observatorios adicionales en todo el mundo captaron la débil señal de la fuente de los neutrinos denominada blazar por su resplandor de energía electromagnética arrojado hacia la Tierra.

Los investigadores concluyeron que existe un blazar en el espacio profundo, parte de la familia de objetos más brillantes del universo (galaxias con agujeros negros supermasivos disparando haces de energía hacia la tierra). Y este blazar acelera neutrinos a energías enormes para enviarlos hacia nuestro planeta.

El megaproyecto para la detección

El hallazgo es posible gracias a IceCube, de acuerdo a uno de los investigadores autores del trabajo, Derek Fox, astrofísico de la Universidad Estatal de Pennsylvania.

“La mayoría de neutrinos que chocan contra nuestros cuerpos a diario se forman en la atmósfera producto de colisiones entre gases y otras partículas cósmicas de gran energía. Estos neutrinos locales enceguecen como neblina a los más sensibles instrumentos.

El 2013, sin embargo, IceCube logró ver a través de esa neblina. Pudo filtrar los neutrinos cósmicos de mayor energía y separarlos de la radiación de sus primos atmosféricos de menor energía. Esto fue la primera gran prueba directa de que los neutrinos se originaron muy lejos.

El siguiente paso importante, de acuerdo a Regina Caputo, científica que lideró al equipo del telescopio Fermi que detectó el blazar en el camino del neutrino de esta historia, era entender cómo se podía usar la información de los neutrinos para atrapar su origen.

Allí entró a tallar Fox. Su equipo consiguió detectar neutrinos cósmicos a través de IceCube en menos de un minuto (antes tomaba horas), algo que permitió alertar a otros observatorios apenas momentos después de que ocurriese la detección interesante. IceCube pudo seguir el camino del neutrino gracias al muón emitido para reducir el pedazo de cielo a observar, un estimado de dos veces la luna llena. Tomar esa información rápido permitió a un grupo selecto de los telescopios más sensibles del mundo escanear el espacio buscando pistas de su origen.

La detección

Cuando el neutrino llamado IceCube-170922 golpeó el detector, no parecía nada especial. IceCube hacía este tipo de detecciones una vez al mes. Pasaron días en que los telescopios buscaron pistas del origen y no pasó nada.

Pero de pronto, los investigadores de Fermi alertaron: el blazar estaba resplandeciendo. El telescopio de rayos gamma lo había visto y este emitía 8 veces más rayos gamma de lo habitual, lo más brillante nunca antes visto. Fermi, entonces, confirmó que la radiación gamma venía del blazar y otros telescopios menos potentes pudieron darle seguimiento para confirmar, a través del rango de sus posibilidades, que el blazar sea el posible origen del neutrino.

Otro observatorio de rayos gamma, MAGIC de las Islas Canarias, España, ayudó a confirmar estas observaciones sobre el blazar, llamado TXS 0506+056, como el origen del neutrino. Más observatorios resultaron en conclusiones similares. Es, confirmado por muchos científicos, la primera vez en que se identifica en consenso el origen de un neutrino cósmico.

Importancia

La idea de que los blazares están envueltos en la emisión de neutrinos cósmicos ha sido popular por muchos años pero no ha pasado del terreno de la especulación. El resultado demuestra que al menos algunos neutrinos provienen de blazares, y son un primer paso en el entendimiento de lo que sería un nuevo campo en la astronomía.

Otro detalle que no se conoce, es cómo los blazares producen neutrinos. Y existen otros tipos de fuentes de neutrinos que aún no se han detectado.

Daniel Meza
Esta noticia ha sido publicada originalmente en N+1, ciencia que suma

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