El descubrimiento lleva a los científicos un paso más cerca de resolver el misterio de los rayos cósmicos de un siglo de antigüedad
Astrofísicos prueban que los neutrinos provienen de blazares
Newswise – Los rayos cósmicos, partículas cargadas que viajan casi a la velocidad de la luz desde el espacio exterior, bombardean constantemente la Tierra.
Durante más de un siglo, los astrofísicos han estado tratando de determinar el origen de estas partículas extremadamente energéticas, que son hasta un millón de veces más energéticas que cualquier cosa lograda por el acelerador de partículas más poderoso del mundo, el Gran Colisionador de Hadrones cerca de Ginebra, Suiza. También quieren saber qué los impulsa con una fuerza tan tremenda.
Resolver el antiguo misterio podría estar un paso más cerca gracias a la nueva investigación de múltiples mensajes realizada por un equipo de científicos que incluye a la Universidad de Clemson de física y astronomía Marco Ajello.
Ajello y sus colaboradores Sara Buson de Julius-Maximilians-Universität (JMU) Würzburg en Baviera, Alemania, y Andrea Tramacere de la Universidad de Ginebra demostraron con una certeza sin precedentes que los neutrinos astrofísicos se originan en los blazares.
Pequeñas particulas
Los neutrinos astrofísicos son diminutas partículas neutras producidas por las interacciones de los rayos cósmicos en estos aceleradores extremos, lo que los convierte en mensajeros o señales únicos que podrían ayudar a identificar las fuentes de los rayos cósmicos.
Debido a que los rayos cósmicos son partículas cargadas, los campos magnéticos de la galaxia pueden desviarlos mientras viajan por el espacio. Esto hace que sea imposible para los científicos rastrear su origen. Los neutrinos, por otro lado, tienen muy poca masa, son neutros e interactúan poco con la materia. Corren por el universo y pueden viajar a través de galaxias, planetas y el cuerpo humano casi sin dejar rastro. Debido a que las fuerzas electromagnéticas no los afectan, se pueden rastrear hasta sus fuentes astrofísicas.
En 2017, el Observatorio de neutrinos IceCube, enterrado profundamente en el hielo del Polo Sur, detectó un neutrino. Los científicos lo han rastreado hasta el blazar TXS 0506+056. Los blazars son núcleos galácticos activos alimentados por agujeros negros supermasivos que emiten mucha más radiación que toda su galaxia. La publicación en la revista Science provocó un debate científico sobre si los blazares son aceleradores de rayos cósmicos.
Usando datos de neutrinos obtenidos por IceCube, el detector de neutrinos más sensible actualmente en servicio, y un catálogo de objetos astrofísicos identificados con confianza como blazars, Ajello y sus colegas encontraron evidencia poderosa de que un subconjunto de blazars es la fuente de los neutrinos de alta energía observados. Sus resultadospublicado en The Astrophysical Journal Letters, informa que la probabilidad de que esto sea una coincidencia es menos de uno en un millón.
«Tuvimos una pista entonces (en 2017), y ahora tenemos pruebas», dijo Ajello.
«Los resultados proporcionan, por primera vez, evidencia observacional convincente de que la submuestra de blazars de PeVatron son fuentes de neutrinos extragalácticos y, por lo tanto, aceleradores de rayos cósmicos», dijo Buson. Los blazares de PeVatron aceleran las partículas a energías de al menos PeV. El PeV es de 10^15 electronvoltios.
Principales hitos
El descubrimiento de estas fábricas de neutrinos de alta energía representa un hito importante para la astrofísica, según Tramacere. «Esto nos pone un paso más cerca de resolver el misterio centenario del origen de los rayos cósmicos», dijo.
Ajello dijo que los investigadores ahora estudiarán estos blazares para comprender qué los convierte en buenos aceleradores.
Buson dijo que el análisis estadístico se centró solo en los conjuntos más prometedores de datos de neutrinos de IceCube. Ella espera que otras técnicas analíticas sofisticadas traigan más descubrimientos.
La investigación también ilustra la importancia de la astronomía de múltiples mensajeros, dijo Ajello. La astrofísica multimensajero es uno de los objetivos de las Academias Nacionales “Caminos hacia el descubrimiento en astronomía y astrofísica para la década de 2020”, un informe que establece las prioridades de investigación para las comunidades de astronomía y astrofísica para la próxima década.
Durante miles de años, los astrónomos y astrofísicos se han basado en la luz para estudiar el universo. Pero ahora pueden detectar otros «mensajeros» como rayos cósmicos, neutrinos y ondas gravitacionales.
“Es como sentir, escuchar y ver al mismo tiempo. Tendrás una mejor comprensión”, dijo Ajello. «Lo mismo es cierto en astrofísica, porque la información que obtienes de múltiples detecciones de diferentes mensajeros es mucho más detallada que la que puedes obtener solo de la luz».
El Consejo Europeo de Investigación financió el trabajo descrito en el marco de una subvención semilla, PI Sara Buson. ID: 949555, «Mapeo de mensajeros de alta energía en todo el universo» (MessMapp). Parte del trabajo de Ajello en el proyecto fue financiado por la NASA bajo el contrato 80NSSC21K1915.
Este artículo incluye información de un comunicado de prensa de Julius-Maximilians-Universität Würzburg.
