Fábricas de neutrinos en el profundo espacio exterior         

 

Por Robert Emmerich.

14 de julio de 2022.

Una ilustración artística de un blazar acelerando rayos cósmicos, neutrinos y fotones hasta altas energías, como se observa en los blazares de PeVatron. Imagen: Benjamin Amend.

 

Los neutrinos que llegan a nuestro planeta desde las profundidades del Universo se originan en blazares. Los astrofísicos han demostrado esto por primera vez.

 

La atmósfera de la Tierra está continuamente bombardeada por rayos cósmicos. Estos consisten en partículas cargadas eléctricamente de  energías de hasta 1020 electronvoltios. Eso es un millón de veces más que la energía alcanzada en el acelerador de partículas más poderoso del mundo, el Gran Colisionador de Hadrones cerca de Ginebra.

 

Las partículas extremadamente energéticas provienen del profundo espacio exterior, y han viajado miles de millones de años luz. ¿Dónde se originan, qué las dispara a través del Universo con una fuerza tan tremenda? Estas preguntas se encuentran entre los mayores desafíos de la astrofísica durante más de un siglo.

 

Los lugares de nacimiento de los rayos cósmicos producen neutrinos. Los neutrinos son partículas neutras difíciles de detectar. Casi no tienen  masa y apenas interactúan con la materia. Corren a través del Universo y pueden viajar a través de galaxias, planetas y el cuerpo humano casi sin dejar rastro.

 

"Los neutrinos astrofísicos se producen exclusivamente en procesos que involucran la aceleración de rayos cósmicos", explica la profesora de astrofísica Sara Buson de la Julius-Maximilians-Universität (JMU) Würzburg en Bavaria, Alemania. Esto es precisamente lo que hace que estos neutrinos sean mensajeros únicos que allanan el camino para identificar fuentes de rayos cósmicos.

 

A pesar de la gran cantidad de datos que han recopilado los astrofísicos, la asociación de neutrinos de alta energía con las fuentes  astrofísicas que los originan ha sido un problema sin resolver durante años. Sara Buson siempre lo ha considerado un gran desafío.

 

Fue en 2017 que la investigadora y sus colaboradores trajeron a colación por primera vez un blazar (TXS 0506+056) a la discusión como fuente putativa de neutrinos en la revista Science. Los blazars son núcleos galácticos activos alimentados por agujeros negros supermasivos que emiten mucha más radiación que toda su galaxia. La publicación desató un debate científico sobre si realmente existe una conexión entre los blazares y los neutrinos de alta energía.

 

Tras este primer paso alentador, en junio de 2021 el grupo de la Profesora Buson inició un ambicioso proyecto de investigación multimensajero con el apoyo del Consejo Europeo de Investigación. Esto implica analizar varias señales ("mensajeros", por ejemplo, neutrinos) del Universo. El objetivo principal es arrojar luz sobre el origen de los neutrinos astrofísicos, posiblemente estableciendo blazars como la primera fuente de neutrinos extragalácticos de alta energía con alta certeza.

 

El proyecto muestra ahora su primer éxito: en la revista Astrophysical Journal Letters, Sara Buson, junto con su grupo, el ex postdoctorado Raniere de Menezes y Andrea Tramacere de la Universidad de Ginebra, informan que los blazares pueden asociarse con confianza con los neutrinos astrofísicos con un grado de certeza sin precedentes.

 

"Utilizamos datos de neutrinos recopilados por el Observatorio de neutrinos IceCube en la Antártida, el detector de neutrinos más sensible actualmente en funcionamiento, y un catálogo de objetos astrofísicos identificados con confianza como blazares", dijo la profesora de JMU.

 

"Realizamos un análisis de correlación cruzada entre los datos de IceCube y los blazars, y encontramos evidencia sólida de que un  subconjunto de blazars origina los neutrinos de alta energía observados. La probabilidad de que esto sea una coincidencia es muy baja, tan baja como 6×10-7, es decir, menos de uno en un millón. Los resultados proporcionan, por primera vez, evidencia observacional incontrovertible de que la submuestra de blazars PeVatron recién descubiertos son fuentes de neutrinos extragalácticos y, por lo tanto, aceleradores de rayos cósmicos".

 

Según Sara Buson, el descubrimiento de estas fábricas de neutrinos de alta energía representa un gran hito para la astrofísica: "Nos coloca  un paso adelante en la resolución del misterio de un siglo sobre el origen de los rayos cósmicos".

 

A pesar de este éxito, la investigadora de la JMU es consciente de que todavía queda mucho trabajo por hacer. Ella cita al científico del siglo XVII Blaise Pascal: "El conocimiento es como una esfera: cuanto mayor es su volumen, mayor es su contacto con lo desconocido".

 

Esto también se aplica a la investigación de Buson: "Lo que estamos observando es solo 'la punta del iceberg', es decir, posiblemente los  emisores de neutrinos más brillantes y eficientes". De hecho, dice, nuestro análisis estadístico se ha centrado solo en los conjuntos más prometedores de los datos de neutrinos de IceCube. Buson espera que técnicas analíticas más sofisticadas puedan traer más descubrimientos.

 

Los blazars de PeVatron son un nuevo desafío para la astrofísica de multi-mensajeros, dijo: "¿Qué hace que este conjunto de blazars sea tan  especial entre los miles de objetos comparables en nuestro Universo? Esta pregunta, entre otras, mantendrá ocupada a nuestra comunidad de multi-mensajeros durante décadas por venir".

 

Fuente:

https://www.uni-wuerzburg.de/en/news-and-events/news/detail/news/neutrinofabriken-in-den-tiefen-des-weltraums-1/