El análisis de neutrinos IceCube hace posible una fuente galáctica de rayos cósmicos


Agrandar / Representación artística de una fuente de neutrinos cósmicos que brilla sobre el observatorio IceCube en el Polo Sur. Los fotodetectores están ubicados debajo del hielo, que captan las señales de los neutrinos. IceCube/NSF Desde que el físico francés Pierre Auger sugirió en 1939 que los rayos cósmicos debían transportar cantidades increíbles de energía, los científicos se han preguntado qué podría crear estos poderosos grupos de protones y neutrones en la atmósfera terrestre. Un medio posible de identificar tales fuentes es rastrear los caminos tomados por los neutrinos cósmicos de alta energía en su camino hacia la Tierra, a medida que surgen de las colisiones de los rayos cósmicos con la materia o la radiación, produciendo partículas que luego se descomponen en neutrinos y rayos gamma. Los científicos del observatorio de neutrinos IceCube en el Polo Sur ahora han analizado una década de tales detecciones de neutrinos y encontraron evidencia de que una galaxia activa llamada Messier 77 (también conocida como Squid Galaxy) es un fuerte candidato para un emisor de neutrinos de alta energía, según un nuevo artículo, que fue publicado en la revista Science. Lleva a los astrofísicos un paso más cerca de resolver el misterio del origen de los rayos cósmicos de alta energía. «Esta observación marca el comienzo de la posibilidad de hacer astronomía de neutrinos», dijo Janet Conrad, miembro de IceCube del MIT, a APS Physics. “Hemos estado luchando durante tanto tiempo para ver fuentes potenciales de neutrinos cósmicos de gran importancia, y ahora hemos visto una. Hemos roto una barrera”. Como ya hemos informado, los neutrinos viajan casi a la velocidad de la luz. El poema de John Updike de 1959 «Cosmic Gall» reconoce las dos características más importantes de los neutrinos: no tienen carga, y durante décadas los físicos creyeron que no tenían masa (en realidad tienen un poco de masa). Los neutrinos son las partículas subatómicas más abundantes en el universo, pero muy rara vez interactúan con algún tipo de materia. Estamos constantemente bombardeados por millones de estas diminutas partículas cada segundo, pero nos pasan sin que nos demos cuenta. Por eso Isaac Asimov las llamó «partículas fantasma». anuncio publicitario

Agrandar / Cuando un neutrino interactúa con moléculas en el hielo transparente de la Antártida, produce partículas secundarias que dejan un rastro de luz azul a medida que viajan a través del detector IceCube.Nicolle R. Fuller, IceCube/NSF Esta baja tasa de interacción hace que los neutrinos sean extremadamente difíciles para detectar, pero debido a que son tan ligeros, pueden escapar sin obstáculos (y por lo tanto en gran medida sin alteraciones) de las colisiones con otras partículas de materia. Esto significa que pueden proporcionar a los astrónomos pistas valiosas sobre sistemas distantes, complementadas con lo que se puede aprender sobre el espectro electromagnético y las ondas gravitacionales con telescopios. En conjunto, estas diversas fuentes de información se han denominado astronomía «multimensajero». La mayoría de los cazadores de neutrinos entierran sus experimentos bajo tierra para cancelar mejor las interferencias fuertes de otras fuentes. En el caso de IceCube, la colaboración involucra conjuntos de sensores ópticos del tamaño de una pelota de baloncesto enterrados en las profundidades del hielo antártico. En los raros casos en que un neutrino que pasa interactúa con el núcleo de un átomo en el hielo, la colisión produce partículas cargadas que emiten fotones UV y azules. Estos son registrados por los sensores. Por lo tanto, IceCube está bien posicionado para ayudar a los científicos a avanzar en su conocimiento sobre el origen de los rayos cósmicos de alta energía. Como Natalie Wolchover explicó de manera convincente en Quanta en 2021:

Un rayo cósmico es solo un núcleo atómico: un protón o una colección de protones y neutrones. Pero los raros conocidos como rayos cósmicos de «ultra alta energía» tienen tanta energía como las pelotas de tenis servidas profesionalmente. Son millones de veces más energéticos que los protones que se precipitan a través del túnel circular del Gran Colisionador de Hadrones de Europa al 99,9999991 % de la velocidad de la luz. De hecho, el rayo cósmico más energético jamás detectado, apodado la «partícula Oh, Dios mío», golpeó el cielo en 1991 a aproximadamente el 99,9999999999999999999951 por ciento de la velocidad de la luz, lo que le da aproximadamente la energía de una bola de boliche lanzada desde la altura del hombro. en un dedo del pie

Pero, ¿de dónde vienen esos rayos cósmicos tan poderosos? Una gran posibilidad son los núcleos galácticos activos (AGN), que se encuentran en el centro de algunas galaxias. Su energía proviene de agujeros negros supermasivos en el centro de la galaxia y/o del giro del agujero negro.

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