El análisis de neutrinos de IceCube identifica una posible fuente galáctica de rayos cósmicos

Desde que el físico francés Pierre Auger propuso en 1939 este rayos cósmicos debe transportar cantidades increíbles de energía, los científicos se han preguntado qué podría producir estos poderosos cúmulos de protones y neutrones que llueven sobre la atmósfera de la Tierra. Una forma posible de identificar tales fuentes es rastrear los caminos tomados por los neutrinos cósmicos de alta energía en su camino hacia la Tierra, ya que son creados por los rayos cósmicos que chocan con la materia o la radiación, produciendo partículas que luego se descomponen en neutrinos y rayos gamma.

científicos con la Cubo de hielo el Observatorio de Neutrinos del Polo Sur ha analizado una década de tales detecciones de neutrinos y encontró evidencia de que una galaxia activa llamada Más desordenado 77 (también conocido como Squid Galaxy) es un fuerte candidato para un emisor de neutrinos de alta energía, según un nuevo papel publicado en la revista Science. Lleva a los astrofísicos un paso más cerca de resolver el misterio del origen de los rayos cósmicos de alta energía.

“Esta observación marca el comienzo de poder realmente hacer astronomía de neutrinos”, dijo la becaria de IceCube Janet Conrad del MIT. dice APS Física. “Hemos luchado durante tanto tiempo para ver fuentes potenciales de neutrinos cósmicos de muy alta importancia y ahora hemos visto uno. Hemos roto una barrera”.

Como ya hemos informado, neutrinos viajar cerca de la velocidad de la luz. El poema de John Updike de 1959, “hiel cósmica“rinde homenaje a las dos características más definitorias de los neutrinos: no tienen carga, y durante décadas los físicos creyeron que no tenían masa (en realidad tienen muy poca masa). Los neutrinos son la partícula subatómica más abundante en el universo, pero muy rara vez interactuar con cualquier tipo de materia. Millones de estas diminutas partículas nos bombardean constantemente cada segundo, pero pasan a través de nosotros sin que nos demos cuenta, razón por la cual Isaac Asimov las llamó “partículas fantasma”.

Esta baja tasa de interacción hace que los neutrinos extremadamente difícil de detectar, pero debido a que son tan livianos, pueden escapar sin obstáculos (y, por lo tanto, en gran medida sin verse afectados) de las colisiones con otras partículas de materia. Esto significa que pueden proporcionar pistas valiosas a los astrónomos sobre sistemas distantes, además de lo que se puede aprender con telescopios en todo el espectro electromagnético, así como ondas gravitacionales. En conjunto, estas diferentes fuentes de información se han denominado astronomía “multi-mensajero”.

La mayoría de los cazadores de neutrinos entierran sus experimentos bajo tierra, lo mejor para cancelar la interferencia ruidosa de otras fuentes. En el caso de IceCube, la colaboración incluye conjuntos de sensores ópticos del tamaño de una pelota de baloncesto enterrados en las profundidades del hielo antártico. En las raras ocasiones en que un neutrino que pasa interactúa con el núcleo de un átomo en el hielo, la colisión produce partículas cargadas que emiten fotones UV y azules. Estos son recogidos por los sensores.

Por lo tanto, IceCube está en una buena posición para ayudar a los científicos a avanzar en su conocimiento del origen de los rayos cósmicos de alta energía. Como Natalie Wolchover con convicción explicó a Quanta en 2021:

Un rayo cósmico es solo un núcleo atómico, un protón o un grupo de protones y neutrones. Sin embargo, los raros rayos cósmicos conocidos como rayos cósmicos de “muy alta energía” tienen tanta energía como pelotas de tenis servidas por profesionales. Son millones de veces más energéticos que los protones que se precipitan por el túnel circular del Gran Colisionador de Hadrones en Europa al 99,9999991 % de la velocidad de la luz. De hecho, el rayo cósmico más energético jamás detectado, denominado “partícula de Dios mío”, golpeó el cielo en 1991 a algo así como el 99,999999999999999999999951 por ciento de la velocidad de la luz, dándole aproximadamente la energía de una bola de boliche que se deja caer desde altura del hombro en un dedo del pie.

Pero, ¿de dónde vienen estos poderosos rayos cósmicos? Una fuerte posibilidad es núcleos galácticos activos (AGNs), que se encuentran en el centro de algunas galaxias. Su energía proviene de los agujeros negros supermasivos del centro de la galaxia y/o de la rotación del agujero negro.