Detección de neutrinos confirma nueva ventana de la astronomía

Un ejercito de observatorios y científicos corroboran la tercer fuente, hasta el momento, de las partículas subatómicas de alta energía. El responsable: un blazar.

Una de las incógnitas más importantes para la ciencia comienza a ser respondida. Se trata del origen cósmico de las partículas denominadas neutrinos y que hasta el momento sólo habían sido identificadas provenientes del Sol y la Supernova 1987A.

Este 12 de julio, el Observatorio de neutrinos IceCube, en la Antártida, y más de una docena de observatorios espaciales y en tierra dan a conocer que una tercer fuente de neutrinos es un blazar, un tipo peculiar de quasar cuyo haz energético apunta directamente hacia la Tierra.

Así ocurrieron los hechos

Desde 2013, investigadores del IceCube habían anunciado el descubrimiento de las partículas, aunque la identificación de su origen había sido infructuosa, pero había algunos candidatos.

Fue hasta septiembre del 2017, cuando una señal proveniente del blazar llamado TXS 0506+056 fue asociada a los neutrinos, pero además a diversos tipos de radiación electromagnética: rayos gamma, rayos X, óptico, infrarrojo y ondas de radio.

Motivados por el descubrimiento de 2017, IceCube y el resto de los observatorios recurrieron a datos de archivo de unos 10 años atrás, encontrando otros probables excesos de neutrinos en TXS 0506+056. Esto demuestra que el blazar ha producido partículas de alta energía en estallidos múltiples.

La confirmación se considera una de las más importantes para la ciencia por la variedad de formas diversas de detección, algo llamado Astronomía multimensajera.

Los artículos científicos del descubrimiento son publicado en el revista Science y confirman un nuevo campo en la astronomía actual.

Mapas de ubicación de los observatorios participantes en el descubrimiento.

Mensajeros del Universo de altas energías

Los neutrinos astrofísicos son partículas subatómicas creadas por diversos decaimientos radiactivos ocurridos en los lugares más extremos del Universo: los núcleos de las estrellas, durante las explosiones de supernovas, entorno a estrellas de neutrones y donde se generen chorros de rayos cósmicos que impacten átomos comunes.

Con menos de la milmillonésima parte de la masa de un átomo de hidrógeno y sin carga eléctrica, los neutrinos son muy energéticos y pueden viajar en línea recta durante miles de millones de años luz, pasando sin obstáculos a través de galaxias, estrellas, y casi cualquier otra cosa en su camino. De ahí que su detección haya sido extraordinaria.

Panorámica de la zona perforada para los detectores de IceCube.

Los datos del observatorio IceCube, formado por 86 líneas de detectores colocados entre 1,450 y 2,450 metros bajo el hielo en la Estación Amundsen–Scott de la Antártida, mostraron que el origen de los neutrinos astrofísicos puede ser objetos como TXS 0506+056.

Esquema de orientación de un blazar. NRAO

Por su parte, los blazares son galaxias gigantes, muy lejanas, con un agujero negro supermasivo en el centro, que traga material en grandes cantidades, emite luz de diversas longitudes de onda y chorros de partículas energéticas a velocidades cercanas a la de la luz, justo en dirección de la Tierra. En otras palabras, Los blazares son un tipo de quasar pero mucho más energéticos y con la característica de tener haces de radiación justo en los ejes de rotación del agujero negro, dirigidos hacia nosotros.

Partículas + luz = multimensajes

Algo que resulta sumamente relevante del descubrimiento es que fue posible “observar de diversas maneras” el mismo objeto mientras generaba neutrinos. Ver luz, no es lo mismo que ver partículas: la información que nos llega es distinta, pero se complementa asombrosamente, de forma que los científicos pueden comparar con sus modelos y simulaciones.

Por ejemplo, además de neutrinos, también se observaron rayos cósmicos hacia el blazar. Desde que se detectaron por primera vez hace más de cien años, los rayos cósmicos (protones, electrones o núcleos atómicos) han planteado un misterio perdurable: ¿qué crea y propulsa las partículas a través de grandes distancias? ¿De dónde vienen?

Fue el físico austríaco Victor Hess quien mostró en 1912 que las partículas cargadas que él detectaba en la atmósfera provenían del espacio y no de otras fuentes en la Tierra, como elementos radiactivos. En las décadas posteriores, los científicos especularon que los objetos más violentos en el Cosmos, como remanentes de supernova, galaxias en colisión y los enérgicos agujeros negros en centro de las galaxias activas eran las fuentes potenciales de las partículas. La asociación entre neutrinos y rayos cósmicos delimita la energía del haz colimado de TXS 0506+056.

Otro ejemplo son los datos del conjunto de antenas Very Large Array (VLA), en Nuevo Mexico, EU., que muestran que la emisión de radio del blazar variaba mucho en el momento de la detección de neutrinos y durante dos meses después.

El blazar TXS 0506+056 se ubica (símbolo verde) en dirección de la famosa y constelación de Orión.

Aunque la luz del blazar no se observa a simple vista, es posible ubicar la zona aproximada del objeto: este se localiza en dirección de “el hombro izquierdo de Orión” a unos 4,000 millones de años luz de distancia.

Entre los observatorios participantes en el descubrimiento están:

  • Rayos Gamma: Fermi-LAT, AGILE, H.E.S.S., VERITAS, MAGIC, HAWC
  • Rayos X: Swift/NuSTAR, INTEGRAL
  • Óptico: ASAS-SN, Kanata, Liverpool Telescope, Kiso, SALT, Subaru, Gran Telescopio Canarias
  • Ondas de radio: VLA, OVRO
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