El emocionante hallazgo de una fuente de neutrinos cósmicos, la elusiva “partícula fantasma” que es una de las más desconcertantes del universo

Autor: BBC Mundo

El descubrimiento fue hecho por el detector IceCube, en Antártida. REUTERS

Las partículas fueron detectadas bajo el hielo de la Antártida. Los científicos creen que una galaxia con un agujero negro "monstruo" es la fuente de los neutrinos cósmicos descubiertos en la Tierra en setiembre.


Las partículas “fantasmas” conocidas como neutrinos han desconcertado a los científicos durante décadas.

Son parte de la familia de partículas fundamentales que componen toda la materia conocida.

Pero los neutrinos circulan sin obstáculos a través del Universo, interactuando con casi nada.

La mayoría atraviesa la Tierra como si esta no estuviera allí, lo que los hace excepcionalmente difíciles de detectar y estudiar.

A pesar de esto, los investigadores han descubierto que el Sol crea muchos de ellos o incluso nuestra propia atmósfera.

Solo la fuente de un grupo de neutrinos de alta energía, conocidos como neutrinos cósmicos, se había mantenido particularmente esquiva.

Pero ahora, un grupo de científicos descubrió que una galaxia distante impulsada por un agujero negro supermasivo puede estar disparando un chorro de estos neutrinos cósmicos directamente hacia la Tierra.

Ilustración de una galaxia con un agujero negro masivo en el centro. SCIENCE PHOTO LIBRARY

Sus hallazgos fueron publicados en la revista Science el jueves.

Primer paso: atrapa un neutrino

Todo comienza con IceCube, un detector altamente sensible enterrado unos dos kilómetros debajo del hielo de Antártida, cerca de la estación estadounidense Amundsen-Scott en el Polo Sur.

“Para obtener una señal mensurable de la pequeña fracción de neutrinos que sí interactúan con la materia, los físicos necesitan construir detectores extremadamente grandes”, explica la doctora Susan Cartwright, física de partículas de la Universidad de Sheffield, Reino Unido.

Medir neutrinos cósmicos en medio de aquellos creados más cerca de casa es, dijo a BBC News, “como tratar de contar luciérnagas en una exhibición de fuegos artificiales”.

El detector IceCube queda cerca de la base Amundsen Scott, en el Polo Sur.SCIENCE PHOTO LIBRARY

Pero el 22 de septiembre de 2017, uno de estos neutrinos apareció cerca de IceCube y decidió interactuar con el material circundante, creando otra partícula llamada muón.

Al carecer del sigilo del neutrino, este muón se estrelló contra el hielo en la misma dirección que su progenitor, chispeando contra otros átomos a lo largo del camino y dejando un rastro visible que IceCube podía capturar.

“[IceCube] mide este rastro de luz”, explica el profesor Albrecht Karle de la Universidad de Wisconsin-Madison, EE.UU., que participó en el descubrimiento.

“Podemos hacer eso con bastante precisión, de modo que podamos medir la dirección del rastro (del neutrino)”, añade.

Así, IceCube fue capaz de calcular la región aproximada del espacio donde la partícula había empezado a viajar.

Paso dos: Síguelo a casa

En 43 segundos, se envió una alerta para que otros telescopios se unieran a la cacería.

Dos años antes, el equipo de IceCube había decidido que, en lugar de acumular sus posibles hallazgos para publicarlos, enviarían unos “telegramas de astronomía” para invitar a otros investigadores a participar en la búsqueda tan pronto como se detectara alguna señal.

El conjunto de antenas de radiotelescopio llamado Very Large Array, en Nuevo México, fue uno de los observatorios que confirmó la fuente de los neutrinos. SCIENCE PHOTO LIBRARY

“Tradicionalmente en astronomía mirábamos imágenes del cielo, como si estuvieran estáticas, pero en realidad son una película. En todo momento hay flashes y cosas moviéndose. Así que en vez de publicar un artículo para que otros astrónomos lo leyeran tres años más tarde, entramos en modo de tiempo real“, dice el profesor Karle.

Otros ocho observatorios enfocaron sus ojos y oídos en el punto de origen del neutrino.

La parte complicada, explica Karle, es que IceCube puede cubrir hasta medio grado de cielo, es decir, una región que desde la Tierra se ve como del tamaño de la Luna, pero que puede abarcar una gran cantidad de galaxias y otros objetos.

Sin embargo, esta vez, hubo buenas noticias.

Una galaxia con un agujero negro “monstruo” —aproximadamente 100 millones de veces más grande que nuestro Sol—, estaba en el lugar correcto.

Paso tres: Blazares por el hombro de Orión

A unos 4.000 millones de años luz de la Tierra, justo al lado del hombro izquierdo de la constelación Orión, esta galaxia tiene un núcleo intensamente brillante a causa de por la energía de su agujero negro central.

A medida que la materia cae en el agujero negro, emergen grandes chorros de partículas cargadas en ángulos rectos, lo que los convierte en aceleradores de partículas masivos.

La galaxia de donde provienen los neutrinos se encuentra a unos 4.000 millones de años luz de la Tierra, justo al lado del hombro izquierdo de la constelación Orión. SCIENCE PHOTO LIBRARY

“Solo el chorro puede extenderse hasta casi un millón de años luz. Lo cual es, por supuesto, más grande que el Gran Colisionador de Hadrones en el CERN (acelerador de partículas en Suiza)”, se ríe el Profesor Karle.

Quizás no sea sorprendente que el neutrino detectado por IceCube llegue con 40 veces más energía que las partículas aceleradas en CERN, a pesar de su largo viaje.

Este tipo particular de galaxia se conoce como blazar, porque uno de los chorros se dirige directamente hacia la Tierra.

“Así que estamos realmente en la línea de fuego. Estamos mirando al monstruo a los ojos, por así decirlo”, agrega el profesor Karle.

¿Qué hay de nuevo?

Aunque originalmente no estaban en la lista de posibles fuentes de neutrinos cósmicos, esto constituye una fuerte evidencia de que los blazares sí generan las partículas elusivas.

“Esta es una noticia extremadamente emocionante“, dice la doctora Cartwright, que no participó en el estudio.

“Podemos esperar que después de esta observación, identifiquemos nuevos neutrinos de blazares fulminantes”, sostiene.

El descubrimiento es un triunfo de la astronomía de múltiples mensajes.
Crédito: PA

Después de su detección inicial, el equipo de IceCube repasó los registros previos de las interacciones de neutrinos y descubrió que varios más habían llegado por la dirección de la misma galaxia.

“La probabilidad de que este exceso de neutrinos surja por casualidad es inferior al 0,03%”, agrega Cartwright.

Confirmar el descubrimiento a través de otros detectores como el Observatorio Europeo del Sur en Chile (ESO, por sus siglas en inglés) lo convierte en el último éxito para la astronomíade múltiples mensajes: detecciones que combinan información electromagnética, como datos visuales y de radio, con señales como ondas gravitacionales y neutrinos.

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El astrofísico Óscar Blanch fue uno de los científicos españoles que participaron en el descubrimiento.

Blanch, investigador del Instituto de Física de Altas Energías en Barcelona, es científico de MAGIC, el sistema de telescopios detectores de rayos gamma de alta energía en La Palma, Islas Canarias, que fueron fundamentales para el hallazgo. Blanch explicó a BBC Mundo por qué el descubrimiento de la fuente de neutrinos es tan importante.

“Lo importante es que por un lado se detectaron neutrinos y por otro lado hemos visto que también llega luz, lo que se llama rayos gama de muy alta energía, desde el mismo sitio con una cierta correlación temporal.

Es la primera vez que se detectan neutrinos provenientes de fuera de la galaxia y simultáneamente se detecta radiación electromagnética, luz.

Esta segunda parte se ha visto con un satélite que se llama FERMI y por otro lado está MAGIC, los telescopios que están en La Palma, en las Islas Canarias, que lo que ven son rayos gamma de muy alta energía.

Uno de los telescopios MAGIC situado en el Observatorio del Roque de los Muchachos, en La Palma, Islas Canarias, que fue fundamental en el descubrimiento. ROBERT WAGNER/MAGIC COLLABORATION

Cuando nos llegó la alerta de Ice Cube apuntamos al sitio y vimos que también llegaban estas señales electromagnéticas, estos rayos gamma de muy alta energía.

Y la combinación de que han llegado los dos es lo que nos dice que allí se generaron además rayos cósmicos, que nos los podemos ver directamente porque se desvían.

Por primera vez estamos poniendo en común información que nos viene de diferente mensajeros y campos que iban un poco cada uno por su lado.

Es lo que abre una nueva era, una nueva dirección de lo que es la astronomía multimensajero.

Esto es importante porque si solo tienes una fuente encuentras muchas posibles explicaciones, pero cuando las pones todas juntas reduces mucho las opciones”.

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