Utilizando una red astronómica organizada internacionalmente, los científicos han localizado por primera vez una fuente de neutrinos cósmicos de alta energía, partículas elementales fantasmales que viajan miles de millones de años luz a través del universo, volando sin verse afectados por estrellas, planetas y galaxias enteras.La campaña de observación fue activada por un solo neutrino que había sido registrado por el telescopio de neutrinos IceCube en el Polo Sur, el 22 de septiembre de 2017. Los telescopios en la tierra y en el espacio pudieron determinar que la partícula exótica se había originado en una galaxia con más de tres mil millones de luces.años atrás, en la constelación de Orión, donde un gigantesco agujero negro sirve como acelerador de partículas naturales. Los científicos de los 18 observatorios diferentes involucrados presentan sus hallazgos en la revista ciencia . Además, un segundo análisis, también publicado en ciencia , muestra que otros neutrinos previamente registrados por IceCube provenían de la misma fuente.
La campaña de observación, en la que los investigadores de Alemania desempeñaron un papel clave, es un paso decisivo para resolver un enigma que ha estado desconcertando a los científicos durante más de 100 años, a saber, el origen preciso de los llamados rayos cósmicos,partículas subatómicas de energía que bombardean constantemente la atmósfera de la Tierra. "Este es un hito para el incipiente campo de la astronomía de neutrinos. Estamos abriendo una nueva ventana al universo de alta energía", dice Marek Kowalski, director de Neutrino Astronomy en DESY, uncentro de investigación de la Asociación Helmholtz e investigador de la Universidad Humboldt de Berlín. "La campaña de observación concertada que utiliza instrumentos ubicados en todo el mundo también es un logro significativo para el campo de la astronomía multi-mensajera, que es la investigación de objetos cósmicosutilizando diferentes mensajeros, como radiación electromagnética, ondas gravitacionales y neutrinos ".
Mensajeros del universo de alta energía
Una forma en que los científicos esperan que se creen neutrinos energéticos es como una especie de subproducto de los rayos cósmicos, que se espera que se produzcan en aceleradores de partículas cósmicas, como el vórtice de materia creado por agujeros negros supermasivos o estrellas en explosiónSin embargo, a diferencia de las partículas cargadas eléctricamente de los rayos cósmicos, los neutrinos son eléctricamente neutros y, por lo tanto, no son desviados por los campos magnéticos cósmicos a medida que viajan a través del espacio, lo que significa que la dirección desde la que llegan apunta directamente hacia su fuente real.apenas absorbido ". Observar los neutrinos cósmicos nos da una idea de los procesos que son opacos a la radiación electromagnética", dice Klaus Helbing, de la Universidad Bergische de Wuppertal, portavoz de la red alemana IceCube. "" Los neutrinos cósmicos son mensajeros del universo de alta energía."
Sin embargo, demostrar la presencia de neutrinos es extremadamente complicado, porque la mayoría de las partículas fantasmales viajan a través de toda la Tierra sin dejar rastro. Solo en muy raras ocasiones un neutrino interactúa con su entorno. Por lo tanto, se necesitan detectores enormes parapara capturar al menos algunas de estas reacciones raras. Para el detector IceCube, un consorcio internacional de científicos encabezado por la Universidad de Wisconsin en Madison EE. UU. perforó 86 agujeros en el hielo antártico, cada uno de 2500 metros de profundidad.5160 sensores de luz, distribuidos en un volumen total de un kilómetro cúbico. Los sensores registran los pequeños destellos de luz que se producen durante las raras interacciones de neutrinos en el hielo transparente.
Hace cinco años, IceCube proporcionó la primera evidencia de neutrinos de alta energía desde las profundidades del espacio exterior. Sin embargo, estos neutrinos parecían llegar de direcciones aleatorias a través del cielo ". Hasta el día de hoy, no sabíamos dóndese originaron ", dice Elisa Resconi de la Universidad Técnica de Munich, cuyo grupo contribuyó de manera crucial a los hallazgos." A través del neutrino registrado el 22 de septiembre, ahora hemos logrado identificar una primera fuente ".
De ondas de radio a radiación gamma
La energía del neutrino en cuestión era de alrededor de 300 teraelectrolvoltios, más de 40 veces la de los protones producidos en el acelerador de partículas más grande del mundo, el Gran Colisionador de Hadrones en la instalación europea de aceleradores CERN fuera de Ginebra. A los pocos minutos de registrar elneutrino, el detector IceCube alertó automáticamente a muchos otros observatorios astronómicos, un gran número de estos luego escudriñó la región en la que se había originado el neutrino de alta energía, escaneando todo el espectro electromagnético: desde rayos gamma y rayos X de alta energía, a través de visibleluz, a ondas de radio. Efectivamente, pudieron por primera vez asignar un objeto celeste a la dirección desde la cual había llegado un neutrino cósmico de alta energía.
"En nuestro caso, vimos una galaxia activa, que es una galaxia grande que contiene un gigantesco agujero negro en su centro", explica Kowalski. Enormes "chorros" disparan al espacio en ángulo recto con el vórtice masivo que absorbe la materiael agujero negro. Los astrofísicos han sospechado durante mucho tiempo que estos chorros generan una proporción sustancial de radiación de partículas cósmicas. "Ahora hemos encontrado evidencia clave que respalda esta suposición", enfatiza Resconi.
La galaxia activa que ahora se ha identificado es un llamado blazar, una galaxia activa cuyo chorro apunta precisamente en nuestra dirección. Utilizando un software desarrollado por investigadores de DESY, el satélite de rayos gamma Fermi, operado por la agencia espacial estadounidense NASA,ya había registrado un aumento dramático en la actividad de este blazar, cuyo número de catálogo es TXS 0506 + 056, alrededor del 22 de septiembre. Ahora, un telescopio terrestre de rayos gamma también registró una señal de él ". En la observación de seguimiento delneutrino, también pudimos observar al blazar en el rango de radiación gamma de muy alta energía, utilizando el sistema de telescopio MAGIC en la isla canaria de La Palma ", dice Elisa Bernardini de DESY, quien coordina las observaciones MAGIC." Los rayos gammason los más cercanos en energía a los neutrinos y, por lo tanto, desempeñan un papel crucial en la determinación del mecanismo por el cual se crean los neutrinos ". Bernardini desarrolló el programa para la observación de seguimiento eficiente de los neutrinos utilizando telescopios de rayos gamma.s grupo.
Los satélites de rayos X de la NASA Swift y NuSTAR también registraron la erupción del blazar, y los telescopios de rayos gamma HESS, HAWC y VERITAS, así como los satélites de rayos gamma y rayos X AGILE, pertenecientes a la Agencia Espacial ItalianaASI e Integral, pertenecientes a la Agencia Espacial Europea ESA, participaron en las observaciones de seguimiento, en total, siete observatorios ópticos los telescopios ASAS-SN, Liverpool, Kanata, Kiso Schmidt, SALT y Subaru.como el Very Large Telescope VLT del European Southern Observatory, ESO observó la galaxia activa, y el Karl G. Jansky Very Large Array VLA estudió su actividad en el espectro de radio. Esto condujo a una imagen completa de la radiación emitida poreste blazar, desde ondas de radio hasta rayos gamma que transportan hasta 100 mil millones de veces más energía.
La búsqueda en archivos revela más neutrinos
Un equipo mundial de científicos de todos los grupos involucrados trabajó a toda máquina, realizando un análisis estadístico complicado para determinar si la correlación entre el neutrino y las observaciones de rayos gamma fue quizás solo una coincidencia ". Calculamos que la probabilidad de que seauna mera coincidencia fue de alrededor de 1 en 1000 ", explica Anna Franckowiak de DESY, quien estuvo a cargo del análisis estadístico de los diferentes conjuntos de datos. Esto puede no parecer muy grande, pero no es lo suficientemente pequeño como para sofocar el escepticismo profesional de los físicos..
Una segunda línea de investigación rectificó esto. Los investigadores de IceCube buscaron en sus datos de los últimos años posibles mediciones previas de neutrinos provenientes de la dirección del blazar que ahora se había identificado. Y de hecho encontraron un excedente distinto de másmás de una docena de partículas fantasmas que llegan desde la dirección de TXS 0506 + 056 durante el período comprendido entre septiembre de 2014 y marzo de 2015, como informan en un segundo artículo publicado en la misma edición de Science. La probabilidad de que este exceso sea meraEl valor atípico estadístico se estima en 1 de cada 5000, "un número que hace que te pinches los oídos", dice Christopher Wiebusch de RWTH Aachen, cuyo grupo ya había notado la pista de exceso de neutrinos de la dirección de TXS 0506 + 056 en un análisis anterior."Los datos también nos permiten hacer una primera estimación del flujo de neutrinos a partir de esta fuente". Junto con el evento único de septiembre de 2017, los datos de IceCube ahora proporcionan la mejor prueba experimentalHasta la fecha, las galaxias activas son, de hecho, fuentes de neutrinos cósmicos de alta energía.
"Ahora tenemos una mejor comprensión de lo que deberíamos estar buscando. Esto significa que en el futuro podemos rastrear esas fuentes más específicamente", dice Elisa Resconi. Y Marek Kowalski agrega: "Dado que los neutrinos son una especie deproducto de las partículas cargadas en los rayos cósmicos, nuestra observación implica que las galaxias activas también son aceleradores de las partículas de los rayos cósmicos. Más de un siglo después del descubrimiento de los rayos cósmicos por Victor Hess en 1912, los hallazgos de IceCube han localizado por primera vez unfuente extragaláctica concreta de estas partículas de alta energía "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DISEÑO Deutsches Elektronen-Synchrotron . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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