El origen de los neutrinos cósmicos de alta energía observados por el Observatorio de Neutrinos IceCube, cuyo detector está enterrado en las profundidades del hielo antártico, es un enigma que ha dejado perplejos a los físicos y astrónomos. Un nuevo modelo podría ayudar a explicar el flujo inesperadamente grande de algunos deestos neutrinos inferidos por datos recientes de neutrinos y rayos gamma. Un artículo de investigadores de Penn State que describe el modelo, que señala los agujeros negros supermasivos encontrados en los núcleos de galaxias activas como las fuentes de estos misteriosos neutrinos, aparece [FECHA] en elRevista física de cartas de revisión.
"Los neutrinos son partículas subatómicas tan pequeñas que su masa es casi cero y rara vez interactúan con otra materia", dijo Kohta Murase, profesor asistente de física y astronomía en Penn State y miembro del Centro de Astrofísica Multimessenger en elInstitute for Gravitation and the Cosmos IGC, quien dirigió la investigación. "Los neutrinos cósmicos de alta energía son creados por aceleradores energéticos de rayos cósmicos en el universo, que pueden ser objetos astrofísicos extremos como agujeros negros y estrellas de neutrones. Deben seracompañado por rayos gamma u ondas electromagnéticas a energías más bajas, e incluso a veces ondas gravitacionales. Por lo tanto, esperamos que los niveles de estos diversos "mensajeros cósmicos" que observamos estén relacionados. Curiosamente, los datos de IceCube han indicado un exceso de emisión de neutrinos conenergías por debajo de 100 teraelectrones voltios TeV, en comparación con el nivel de rayos gamma de alta energía correspondiente visto por el telescopio espacial de rayos gamma Fermi ".
Los científicos combinan información de todos estos mensajeros cósmicos para aprender sobre eventos en el universo y reconstruir su evolución en el floreciente campo de la "astrofísica multimessenger". Para eventos cósmicos extremos, como explosiones estelares masivas y chorros de agujeros negros supermasivos, quecrear neutrinos, este enfoque ha ayudado a los astrónomos a identificar las fuentes distantes y cada mensajero adicional proporciona pistas adicionales sobre los detalles de los fenómenos.
Para los neutrinos cósmicos por encima de 100 TeV, una investigación previa realizada por el grupo Penn State demostró que es posible tener una concordancia con los rayos gamma de alta energía y los rayos cósmicos de ultra alta energía que se ajustan a una imagen multimessenger. Sin embargo, está creciendoevidencia de un exceso de neutrinos por debajo de 100 TeV, que no puede explicarse simplemente. Recientemente, el Observatorio de Neutrinos IceCube informó otro exceso de neutrinos de alta energía en la dirección de una de las galaxias activas más brillantes, conocida como NGC 1068, en el nortecielo.
"Sabemos que las fuentes de neutrinos de alta energía también deben crear rayos gamma, por lo que la pregunta es: ¿dónde están estos rayos gamma faltantes?", Dijo Murase. "Las fuentes están de alguna manera ocultas a nuestra vista en los rayos gamma de alta energía, y el presupuesto energético de los neutrinos liberados en el universo es sorprendentemente grande. Los mejores candidatos para este tipo de fuente tienen entornos densos, donde los rayos gamma serían bloqueados por sus interacciones con la radiación y la materia, pero los neutrinos pueden escapar fácilmente. Nuestro nuevo modelo muestraque los sistemas de agujeros negros supermasivos son sitios prometedores y el modelo puede explicar los neutrinos por debajo de 100 TeV con requisitos energéticos modestos ".
El nuevo modelo sugiere que la corona, el aura de plasma supercaliente que rodea las estrellas y otros cuerpos celestes, alrededor de los agujeros negros supermasivos que se encuentran en el núcleo de las galaxias, podría ser esa fuente. Análoga a la corona vista en una imagendel Sol durante un eclipse solar, los astrofísicos creen que los agujeros negros tienen una corona sobre el disco giratorio de material, conocido como disco de acreción, que se forma alrededor del agujero negro a través de su influencia gravitacional. Esta corona es extremadamente caliente con una temperatura dealrededor de mil millones de grados Kelvin, magnetizados y turbulentos.En este entorno, las partículas pueden acelerarse, lo que conduce a colisiones de partículas que crearían neutrinos y rayos gamma, pero el entorno es lo suficientemente denso como para evitar el escape de rayos gamma de alta energía.
"El modelo también predice contrapartes electromagnéticas de las fuentes de neutrinos en rayos gamma 'suaves' en lugar de rayos gamma de alta energía", dijo Murase. "Los rayos gamma de alta energía se bloquearían, pero este no es el final de la historiaEventualmente, se reducirían en cascada a energías más bajas y se liberarían como rayos gamma "suaves" en el rango de voltios de megaelectrones, pero la mayoría de los detectores de rayos gamma existentes, como el Telescopio Espacial de rayos Gamma Fermi, no están sintonizados para detectarlos."
Hay proyectos en desarrollo que están diseñados específicamente para explorar tales emisiones de rayos gamma suaves desde el espacio. Además, los detectores de neutrinos de próxima y próxima generación, KM3Net en el Mar Mediterráneo y IceCube-Gen2 en la Antártida serán más sensibles a las fuentesLos objetivos prometedores incluyen NGC 1068 en el cielo del norte, para el cual se informó el exceso de emisión de neutrinos, y varias de las galaxias activas más brillantes en el cielo del sur.
"Estos nuevos detectores de rayos gamma y neutrinos permitirán búsquedas más profundas para la emisión multimessenger de las coronas de agujeros negros supermasivos", dijo Murase. "Esto permitirá examinar críticamente si estas fuentes son responsables del gran flujo de energía medianivel de neutrinos observado por IceCube como nuestro modelo predice "
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Materiales proporcionado por Estado Penn . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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