Los astrónomos pudieron haber descubierto el origen en el espacio profundo de una misteriosa partícula de alta energía que se precipitó directamente a través de la Tierra el año pasado. La pequeña partícula, conocida como neutrino, parece provenir de un agujero negro hiperactivo ubicado a 4 mil millones de años luz de distancia. Es la primera vez que los investigadores han identificado el posible origen de uno de estos neutrinos de alta energía, acercando a los científicos a descubrir los objetos que producen estas extrañas partículas ligeras que llenan el Universo.

En septiembre, los investigadores que trabajaban cerca del Polo Sur detectaron la presencia de un neutrino de super alta energía en el hielo antártico. Estas partículas de movimiento rápido a menudo se deslizan a través de objetos como nuestro planeta sin dejar rastro de que estaban allí. Pero este neutrino visitante era una raza rara: chocó con el hielo, dejando un rastro que los investigadores pudieron medir con su observatorio, IceCube. Luego, el equipo se movilizó rápidamente para llegar al punto de cielo del cual provenía la partícula.

En ese parche, encontraron un posible culpable del neutrino: una galaxia hiperactiva con un agujero negro supermasivo en el centro. Este tipo de galaxia se conoce como blazar, lo que significa que su núcleo de agujero negro está arrojando radiación (y otras cosas) en la dirección de la Tierra. El descubrimiento, detallado hoy en dos documentos en Ciencia , sirve como una fuerte evidencia de que el neutrino se originó desde el interior de este agujero negro. Eso es enorme ya que los astrónomos nunca han sido capaces de identificar el posible lugar de nacimiento de un neutrino de tanta energía antes. Pero ahora, los blazars podrían ser buenos lugares para buscar neutrinos como este en el futuro.

Si sabemos de dónde provienen los neutrinos, los científicos podrían usarlos como herramientas para explorar el cosmos. Se cree que los neutrinos surgen dentro de algunos de los objetos más extremos del Universo, como las estrellas moribundas, los agujeros negros y las galaxias en colisión. Al confirmar a los creadores de los neutrinos, los astrónomos podrían usar estas partículas de la misma manera que usamos los rayos X para mirar dentro de nuestros propios cuerpos. “Al buscar neutrinos, podemos aprender más sobre lo que sucede dentro de estos objetos”. Dawn Williams , un profesor asociado de física y astronomía en la Universidad de Alabama y uno de los miembros del equipo IceCube que hizo el descubrimiento, cuenta The Verge . “Eso puede aumentar nuestro conocimiento de estos objetos, que todavía son un tema de estudio”.


Una representación del blazar enviando rayos gamma y neutrinos a la Tierra.
Imagen: IceCube / NASA

Aprovechar el poder de los neutrinos es difícil, sin embargo, ya que se los considera algunas de las partículas más sigilosas del Universo. Son la partícula fundamental más ligera que conocemos, con una masa justo por encima de cero. Pero a diferencia de otras partículas, como los electrones o los protones, los neutrinos no tienen carga, por lo que no se ven afectados por cosas como los campos magnéticos. De hecho, apenas se ven afectados por nada en absoluto. Los neutrinos pueden viajar en línea recta a través del Universo, cubriendo grandes distancias, sin desviarse de su rumbo. Son tan pequeños que simplemente pasan a través de planetas, estrellas y galaxias como diminutos fantasmas. Están pasando por ti ahora mismo; se estima que billones de neutrinos pasan a través del cuerpo de una persona cada segundo .

Pero lo que los neutrinos carecen de tamaño, lo compensan con energía. Los astrónomos creen que los neutrinos se crean durante procesos violentamente energéticos como las reacciones de fusión nuclear, que envían estas partículas hacia afuera a una velocidad cercana a la de la luz. Así que todo, desde estrellas en explosión hasta bombas nucleares, puede crear estos pequeños objetos escurridizos. También se cree que la mayoría de los neutrinos en el Universo fueron creados justo después del Big Bang y ahora impregnan el cosmos.

Antes de hoy, los científicos conocían tres fuentes diferentes de neutrinos que regularmente golpean la Tierra. Recolectamos estas partículas que vienen del interior de nuestro Sol, y algunas veces también podemos medir las que provienen de nuestra propia atmósfera. Otros tipos de partículas energéticas de fuera de nuestra galaxia, conocidas como rayos cósmicos, azotan nuestra atmósfera, rompen moléculas en pedazos y producen lluvias de neutrinos sobre la Tierra. Y solo una vez en 1987, los astrónomos detectaron una exceso de neutrinos procedentes de una supernova justo fuera de nuestra galaxia .

Como los neutrinos son tan furtivos, se necesita un tipo de detector muy especial para encontrar estas partículas. Una de las mejores instalaciones es el IceCube Neutrino Observatory, cerca del Polo Sur. Está formado por miles de tubos sensibles a la luz incrustados en la capa de hielo que son capaces de medir los neutrinos muy raros que en realidad colisionan con la Tierra. “Tienen una probabilidad muy pequeña de interactuar” Erik Blaufuss , un profesor de física en la Universidad de Maryland y miembro del equipo de descubrimiento IceCube, cuenta The Verge . “Es por eso que tenemos que construir un instrumento tan grande en el Polo Sur”. De vez en cuando, un neutrino no pasará por nuestro planeta, sino que formará una parte de un átomo en el hielo antártico. Cuando eso sucede, básicamente destruye el núcleo del átomo, creando una lluvia de luz azul que viaja a través del hielo transparente. Esa luz de ducha es lo que capta el detector. Dependiendo de la ruta, IceCube puede deducir la energía de un neutrino y la dirección en la que viajaba.

El observatorio IceCube esperaba ver neutrinos de la atmósfera. Pero en 2013, los astrónomos notaron que estaban recogiendo partículas que eran millones de veces más enérgicas que los producidos por el Sol o incluso los encontrados a partir de la supernova 1987. Estos neutrinos de alta energía eran más raros que otros tipos, también: IceCube estima que recogen alrededor de 10 de este tipo cada año. Los investigadores sospecharon fuertemente que estos neutrinos vienen de muy lejos de nuestro Sistema Solar y galaxia, pero no tenían pruebas.

El neutrino que golpeó en septiembre fue uno de estos tipos de alta energía. Y cuando IceCube lo detectó, el equipo envió inmediatamente una alerta a otros telescopios para ver si podían encontrar la fuente de la partícula. IceCube le dijo a otros astrónomos de qué parte del cielo provenía el neutrino para que supieran dónde apuntar sus telescopios. Alrededor de 20 observatorios obligados. Dos de ellos, el telescopio espacial Fermi de la NASA y el telescopio MAGIC en las Islas Canarias, midieron una gran oleada de rayos gamma de alta energía procedentes del blazar en esa parte del cielo. Los hallazgos indicaron que el blazar estaba enviando material altamente energético en el momento de la detección, y es posible que también haya enviado el neutrino.


Una representación del blazar enviando un chorro de radiación hacia afuera.
Imagen de Nate Follmer / Penn State University

Luego, el equipo de IceCube decidió revisar sus archivos para ver si tenían más pruebas que respaldaran esto. Descubrieron que entre 2014 y 2015, el detector había recogido un montón de neutrinos procedentes de esta misma área del cielo. Todo esto no prueba decisivamente que el blazar sea el culpable, pero sigue siendo la mejor explicación hasta el momento. Tendríamos que hacer más observaciones para obtener un descubrimiento más significativo estadísticamente “, dice Williams. “Pero todo es muy emocionante porque se trata de controles independientes, y nunca antes habíamos visto este vínculo de una asociación entre los rayos gamma y los neutrinos”.

El equipo de IceCube espera hacer más colaboraciones como esta en las que alertan a otros telescopios de luz para que apunten en la dirección de la que proviene un neutrino interesante. Conocida como astronomía multimessenger, es una forma de doblar y utilizar dos tipos diferentes de señales, la luz y los neutrinos, para confirmar las fuentes en el cielo. “Al proporcionar esa capacidad de enfocarnos en un pedazo particular de cielo en un momento determinado, aumentamos la sensibilidad de la instalación y aumentamos las posibilidades de detección”. Derek Fox , profesor asociado de astronomía en la Universidad Estatal de Pensilvania, que no formó parte del equipo IceCube que realizó el descubrimiento pero contribuyó a uno de los Ciencia papeles, dice The Verge .

Eso podría aumentar nuestras posibilidades de encontrar fuentes de neutrinos en el futuro. Y tal vez algún día, los astrónomos podrían observar los objetos distantes de una nueva manera: estudiando las extrañas partículas fundamentales que envían a la Tierra. “Los humanos hemos observado que el Universo usa la luz para literalmente toda nuestra historia como especie”, dice Fox. “Así que ahora estamos llegando a un punto aquí en 2017 y 2018 donde rutinariamente esperamos detectar fuentes cósmicas por medios distintos de la luz”.