Esta galaxia lejana probablemente nos dispara con montones de partículas fantasmales

En las profundidades del Polo Sur descansa un bosque helado de circuitos llamado IceCube. No es un cubo: IceCube es un desarrollo hexagonal de aberturas de un kilómetro de profundidad en el hielo, perforadas con agua caliente y llenas de dispositivos electrónicos. Su función es captar destellos de neutrinos -pequeñas partículas fantasmales que con frecuencia se originan en la zona y también pasan por la Tierra sin apenas dejar rastro.

Cuatro años antes, IceCube ayudó a los investigadores a descubrir su primer indicio de un recurso de neutrinos fuera de nuestro sistema planetario. Ahora, por segunda vez, los científicos de IceCube han identificado una fuente de neutrinos viajeros lejanos, procedentes de NGC 1068, una galaxia situada a unos 47 millones de años luz.

Sus resultados, publicados en la revista Science el 3 de noviembre, requieren más confirmación. Sin embargo, si estos monitoreos son correctos, son un paso vital para ayudar a los astrónomos a entender de qué parte del universo provienen esos neutrinos. Y además, curiosamente, NGC 1068 es realmente diferente del primer sospechoso de IceCube.

Los neutrinos son pequeños fantasmas. Según algunas estimaciones, 100 trillones pasan a través de su cuerpo cada segundo - y también esencialmente ninguno de ellos se conecta con los átomos de su cuerpo. A diferencia de los fragmentos cargados, como los protones y los electrones, los neutrinos son inmunes a la atracción y el empuje del electromagnetismo. Los neutrinos tienen tan poca masa que, durante varios años, los físicos pensaron que no tenían masa alguna.

La mayoría de los neutrinos que vemos desde el espacio salen del sol. Pero los investigadores están pensando especialmente en la raza aún más esquiva de neutrinos que provienen de fuera del sistema planetario. Para los astrónomos, IceCube representa un deseo: si los investigadores pueden observar los neutrinos distantes, podrán utilizarlos para ver a través de las nubes de gas y de tierra, que la luz generalmente no atraviesa.

El objetivo de IceCube es localizar esos neutrinos, que llegan a la Tierra con mucha más potencia que cualquier neutrino solar. Aunque está en el puesto sur, IceCube se concentra realmente en los neutrinos que golpean la norte hemisferio norte. Los detectores de IceCube intentan discernir la dirección en la que viaja un neutrino. Si IceCube detecta fragmentos que apuntan hacia abajo, los científicos lo tienen difícil para determinarlos a partir de la furiosa estática de la radiación planetaria que daña continuamente el ambiente de la Tierra. Si IceCube encuentra fragmentos apuntando hacia arriba por otro lado, los científicos reconocen que se han originado en el norte, habiendo atravesado la masa de nuestra tierra antes de golpear los detectores de hielo.

" Descubrimos que los neutrinos nos llegan desde los universos en 2013", afirma Francis Halzen , físico de la Universidad de Wisconsin-Madison y también componente de la cooperación IceCube, autor del artículo, "lo que elevó la preocupación de su procedencia".

Encontrar neutrinos ya es hard; encontrar de dónde vienen es órdenes de tamaño más difícil. Determinar el comienzo de un neutrino implica una minuciosa evaluación de datos que puede llevar años.

Crucialmente, este no es el primer reconocimiento de IceCube. En 2018, los científicos que contrastan los datos de IceCube con las observaciones de los telescopios típicos determinaron un posible recurso de neutrinos, a más de 5 mil millones de años luz de distancia: TXS 0506 +56. TXS 0506 +56 es un ejemplo de lo que los astrónomos llaman un blazar: una galaxia distante, de alta energía, con un gran vacío principal que arroja un chorro directamente en las instrucciones de la Tierra. Es fuerte, brillante, así como el tipo específico de objeto que los astrónomos crearon neutrinos.

Pero no todo el mundo estaba persuadido de que tenían la foto completa .

" La interpretación ha sido objeto de debate", afirma Kohta Murase , físico de la Universidad Estatal de Pensilvania, que no fue autor del nuevo trabajo. "Muchos investigadores piensan que se necesitan cursos de fuentes para discutir el origen de los neutrinos de alta energía que vienen de diferentes direcciones sobre el cielo".

Así que los investigadores de IceCube se pusieron a trabajar. Se cepillaron con 9 años de observaciones de IceCube, desde 2011 hasta 2020. Teniendo en cuenta que los blazares como TXS 0506 +56 tienen tendencia a escupir torrentes de rayos gamma, los científicos intentaron hacer coincidir los neutrinos con recursos de rayos gamma conocidos.

Tal y como ocurrió, el recurso que descubrieron no era la fuente de rayos gamma que habían previsto.

NGC 1068 (también conocida como M77), situada a unos 47 millones de años luz de nosotros, es como nuestra propia galaxia. Como la Vía Láctea, tiene forma de espiral. Como la Vía Láctea, tiene un gran vacío supermasivo en su corazón. Algunos astrónomos habían creído que era una fuente de neutrinos, pero cualquier prueba seguía siendo esquiva.

Ese gran vacío crea un torrente de lo que los astrofísicos llaman rayos cósmicos. A pesar de su nombre (los científicos que los descubrieron inicialmente pensaron que eran rayos), los rayos planetarios son en realidad protones ultraenergizados y también centros atómicos que se precipitan en el espacio profundo prácticamente a la velocidad de la luz.

Pero, a diferencia de su equivalente en el centro de la Vía Láctea, el gran vacío de NGC 1068 está envuelto tras un grueso velo de gas y suciedad, que bloquea la mayor parte de los rayos gamma que seguramente emergerían. Esto, según los astrónomos, complica la antigua imagen de la procedencia de los neutrinos. "Esta es la cuestión crucial", afirma Halzen. "Las fuentes que encontramos no se ven en los rayos gamma de alta potencia".

Cuando los rayos cósmicos se desploman justo en esa envoltura, crean una cascada de respuestas nucleares que hacen brotar neutrinos. (En realidad, los rayos planetarios hacen lo mismo cuando golpean el ambiente de la Tierra). Una de las razones por las que el descubrimiento de NGC 1068 es tan sorprendente, entonces, es que los siguientes neutrinos pueden dar a los astrónomos pistas sobre esos rayos cósmicos.

Es una evidencia tentativace; no hay suficientes datos todavía para estar seguros. Se necesitarán más observaciones, más años de evaluación meticulosa de los datos. Sin embargo, afirma Murase, otros astrónomos podrían buscar en el cielo galaxias como NGC 1068, galaxias cuyos agujeros negros centrales están ocluidos.

Mientras tanto, otros astrónomos creen que hay muchas más zonas de las que podrían fluir los neutrinos de alta energía. Si una celebridad pasa muy cerca de un agujero negro supermasivo, por ejemplo, la gravedad del gran vacío podría desgarrar la celebridad y también desatar neutrinos mientras lo hace. A medida que los astrónomos se preparan para buscar neutrinos, también intentarán buscar factores nuevos y mucho más diversos en el cielo.

Pronto tendrán algo más que IceCube para trabajar. Los astrónomos están sentando las bases -o el mar- para otros detectores de neutrinos de alta sensibilidad: uno en el lago Baikal de Siberia así como otro en el fondo del Mar Mediterráneo. Rápidamente, esos pueden unirse a la búsqueda de neutrinos lejanos y viajeros.

¿Cuántos neutrinos ha detectado IceCube?

IceCube detecta 275 neutrinos atmosféricos diariamente y unos 100.000 al año. Alrededor de 350 científicos de 58 instituciones en 14 países llevan a cabo la ciencia de IceCube (a partir de octubre de 2022).

¿Por qué son importantes los neutrinos?

Los neutrinos desempeñan un papel en muchos aspectos fundamentales de nuestras vidas; se producen en los procesos de fusión nuclear que impulsan el sol y las estrellas, se producen en las desintegraciones radiactivas que proporcionan una fuente de calor dentro de nuestro planeta y se producen en los reactores nucleares.

¿Qué tamaño tiene el Observatorio de Neutrinos IceCube?

IceCube, el observatorio de neutrinos del Polo Sur, es un detector de partículas de un kilómetro cúbico hecho de hielo antártico y situado cerca de la estación Amundsen-Scott del Polo Sur. Está enterrado bajo la superficie, extendiéndose hasta una profundidad de unos 2.500 metros.

¿Tienen masa los neutrinos?

Los neutrinos se encuentran entre las partículas más abundantes del Universo. También son las más ligeras de todas las partículas subatómicas conocidas que tienen masa: pesan unas 500.000 veces menos que un electrón.

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