Las fuentes de los neutrinos cósmicos de alta energía que son detectados por el Observatorio de Neutrinos IceCube enterrado en el hielo antártico pueden estar ocultos de las observaciones de rayos gamma de alta energía, revela una nueva investigación. Estos neutrinos cósmicos de alta energía, que probablementeproveniente de más allá de nuestra galaxia, la Vía Láctea, puede originarse en objetos increíblemente densos y poderosos en el espacio que impiden el escape de los rayos gamma de alta energía que acompañan la producción de neutrinos. Un artículo que describe la investigación se publicará en la primera edición en líneade la revista Cartas de revisión física el 18 de febrero de 2016.
"Los neutrinos son una de las partículas fundamentales que componen nuestro universo", dijo Kohta Murase, profesor asistente de física y astronomía y astrofísica en Penn State y el autor correspondiente de los estudios ". Los neutrinos de alta energía se producen junto conLos rayos gamma por radiación de energía extremadamente alta conocidos como rayos cósmicos en objetos como galaxias formadoras de estrellas, cúmulos de galaxias, agujeros negros supermasivos o explosiones de rayos gamma. Es importante revelar el origen de estos neutrinos cósmicos de alta energía paraComprender mejor los mecanismos físicos subyacentes que producen neutrinos y otras astropartículas de energía extremadamente alta y permitir el uso de neutrinos como nuevas sondas de física de partículas en el universo ".
Los neutrinos son partículas neutras, por lo que no se ven afectados por las fuerzas electromagnéticas a medida que viajan por el espacio. Los neutrinos detectados aquí en la Tierra, por lo tanto, trazan un camino directo de regreso a sus fuentes astrofísicas distantes. Además, estos neutrinos rara vez interactúan con otros tipos de materia.- Muchos pasan directamente a través de la Tierra sin interactuar con otras partículas, haciéndolos increíblemente difíciles de detectar, pero asegurando que escapen de los entornos increíblemente densos en los que se producen.
Se cree que los neutrinos cósmicos de alta energía detectados por IceCube se originan de interacciones de rayos cósmicos con la materia interacciones protón-protón; de interacciones de rayos cósmicos con radiación interacciones protón-fotón; o de la descomposición o destrucción de"materia oscura" pesada e invisible. Debido a que estos procesos generan neutrinos de alta energía y rayos gamma de alta energía, los científicos compararon los datos de neutrinos IceCube con los rayos gamma de alta energía detectados por el telescopio espacial de rayos gamma Fermi ". Si todode los rayos gamma de alta energía se les permite escapar de las fuentes de neutrinos, esperábamos encontrar los datos correspondientes de IceCube y Fermi ", dijo Murase. En documentos anteriores, incluido uno que se presentó como una sugerencia editorial en Cartas de revisión física en 2015, Murase y sus colegas mostraron el poder de tal comparación "multi-messenger". Ahora, los investigadores sugieren que los nuevos datos de neutrinos recopilados por IceCube han llevado a contradicciones intrigantes con los datos de rayos gamma recopilados por Fermi.
"El uso de cálculos sofisticados y una comparación detallada de los datos de IceCube con los datos de rayos gamma de Fermi ha llevado a nuevas e interesantes implicaciones para las fuentes de neutrinos cósmicos de alta energía", dijo Murase. "Sorprendentemente, con el último IceCubedatos, no vemos datos coincidentes de rayos gamma de alta energía detectados por Fermi, lo que sugiere un origen 'acelerador oculto' de neutrinos cósmicos de alta energía que Fermi no ha detectado ".
Para explicar los datos de múltiples mensajeros sin ninguna de las intrigantes contradicciones, los científicos proponen que los rayos gamma de alta energía deben ser bloqueados para que no escapen de las fuentes que los crearon. Luego, los investigadores preguntaron qué tipo de eventos astrofísicos podrían producirneutrinos de alta energía, pero también podrían suprimir los rayos gamma de alta energía detectables por Fermi. "Curiosamente, encontramos que la supresión de los rayos gamma de alta energía debería ocurrir naturalmente cuando los neutrinos se producen a través de interacciones protón-fotón", dijo Murase.Los fotones de baja energía que interactúan con los protones para producir neutrinos en estos eventos simultáneamente evitan que los rayos gamma de alta energía escapen a través de un proceso llamado 'aniquilación de dos fotones'. El nuevo hallazgo implica que la cantidad de rayos gamma de alta energía asociados conlos neutrinos que llegan a la Tierra pueden estar fácilmente por debajo del nivel detectable por Fermi.
Según los investigadores, los resultados implican que los neutrinos cósmicos de alta energía pueden usarse como sondas especiales de entornos astrofísicos densos que no se pueden ver en los rayos gamma de alta energía. Las fuentes candidatas incluyen agujeros negros supermasivos y ciertos tipos de rayos gammaLos resultados también motivan más estudios teóricos y de observación, como el uso de rayos gamma de baja energía o rayos X para ayudar a los científicos a comprender el origen de los neutrinos de alta energía y los rayos cósmicos.
"La próxima década será una era dorada para la astrofísica de partículas de mensajería múltiple con neutrinos de alta energía detectados en IceCube, así como ondas gravitacionales detectadas con LIGO avanzado", dijo Murase. "Nuestro trabajo demuestra que los enfoques de mensajería múltiple sonde hecho, herramientas muy poderosas para investigar cuestiones fundamentales en la astrofísica de partículas. Creo que el futuro es brillante y que podremos encontrar fuentes de neutrinos y rayos cósmicos, probablemente con otros nuevos descubrimientos sorprendentes ".
Además de Murase, el equipo de investigación incluye a Dafne Guetta del Osservatorio Astronomic di Roma en Italia y ORT Braude College en Israel, y Markus Ahlers de la Universidad de Wisconsin.
La investigación fue financiada por la Universidad Penn State, la Fundación de Ciencias de la Nación de EE. UU. Números de concesión OPP-0236449 y PHY-0236449 y por la Fundación de Ciencia Binacional de Israel de EE. UU.
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Materiales proporcionado por Estado Penn . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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