Descubierto la procedencia de un «blazar» extragaláctico gracias a un energético neutrino

Los protagonistas de esta historia son un observatorio único enterrado profundamente en el hielo claro de la región del Polo Sur, un observatorio en órbita que supervisa los rayos gamma, una poderosa explosión de un agujero negro de 10 mil millones de años luz de distancia, y un neutrino súper enérgico llamado Big Bird. Estos son el elenco de personajes que pueblan un artículo publicado en la revista Nature Physics, el lunes 18 de abril.

El observatorio que se encuentra profundamente en el oscuro frío hielo de la Antártida tiene un puesto excepcional para detectar los neutrinos. Los neutrinos son partículas, que en ocasiones se les llaman como «partículas fantasma” y son extrañas porque son muy difíciles de detectar. Son como los gases nobles del mundo de las partículas. Aunque los neutrinos superan enormemente a todos los otros átomos en el Universo, rara vez interactúan con otras partículas, al no tener carga eléctrica. Esto les permite pasar a través de la materia normal, casi sin obstáculos. Incluso para detectarlos, se necesita un lugar tranquilo, oscuro, aislado de los rayos cósmicos y de la radiación de fondo.

Esto explica por qué se construyó un observatorio debajo el hielo sólido. Este observatorio, llamado el Observatorio de Neutrinos IceCube, es el lugar ideal para detectar los neutrinos. En raras ocasiones cuando un neutrino interactúa con el hielo que rodea el observatorio, se crea una partícula cargada. Esta partícula puede ser o bien un electrón, muon, o tau. Si estas partículas cargadas son de energía suficientemente alta, entonces las cadenas de detectores que componen el IceCube pueden detectarlo. Una vez se analiza estos datos, la fuente de los neutrinos puede ser conocido.

El otro responsable de esta investigación ha sido el telescopio espacial de rayos gamma Fermi, de la NASA. Fermi se puso en marcha en 2008, con un trabajo específico en mente. Su trabajo consiste en mirar a algunos de los fenómenos excepcionales en nuestro universo que generan extraordinariamente grandes cantidades de energía, como los agujeros negros supermasivos, la explosión de estrellas, chorros de gas caliente que se mueven a velocidades relativistas, y la unión de las estrellas de neutrones. Estos eventos generan enormes cantidades de energía de rayos gamma, hacia la parte del espectro electromagnético que Fermi mira exclusivamente.

A continuación viene PKS B1424-418, una lejana galaxia con un agujero negro en su centro. Hace unos 10 millones de años, este agujero negro produjo una poderosa explosión de energía, llamado blazar. Se le llama blazar porque la explosión apuntó hacia a la Tierra. La luz de esta explosión comenzó a llegar a la Tierra en el año 2012. Durante un año, el blazar en PKS B1424-418 brilló unas 15-30 veces más brillante en el espectro gamma que antes de la explosión.

La detección de los neutrinos es una ocurrencia rara. Hasta el momento, el IceCube ha detectado cerca de un centenar de ellos. Por alguna razón, los más energéticos de estos neutrinos tienen nombres de personajes del espectáculo infantil popular llamado Barrio Sésamo. En diciembre de 2012, IceCube detectó un neutrino excepcionalmente enérgico, y la llamó Big Bird. Big Bird tenía un nivel de energía mayor que 2 trillones de electrón-voltios. Eso es una enorme cantidad de energía empujado en una partícula que se cree que tiene menos de una millonésima de la masa de un electrón.

Big Bird, fue sin duda un gran problema, y los científicos querían saber su origen. IceCube era capaz de reducir el campo de búsqueda de la ubicación de la fuente, pero no precisarlo. Su fuente se determinó que se ubicaba en un trozo del cielo del sur de 32 grados. Aunque útil, ese trozo de cielo sigue siendo el tamaño de 64 lunas llenas. Aun así, fue interesante, porque en esa zona del cielo también se detectarón otros blazars por parte de Fermi.

Los científicos en busca de la fuente del Big Bird necesitaban más datos. Ellos consiguieron de TANAMI lo que necesitaban. TANAMI es un programa de observación que utiliza el poder combinado de varios telescopios terrestres en red para crear un telescopio virtual de 9.650 kilometros de ancho. TANAMI es un programa a largo plazo de seguimiento de 100 galaxias activas que se encuentran en el cielo del sur. Desde TANAMI están mirando otras galaxias activas, y los energéticos chorros procedentes de ellos, que son capaces de excluirlos como la fuente del Big Bird.

El equipo detrás de esta nueva investigación, incluyendo el autor principal Matthias Kadler de la Universidad de Wuerzberg en Alemania, piensan que han encontrado la fuente de Big Bird. Dicen, con sólo una probabilidad del 5 por ciento de equivocarse, de que PKS B1424-418 es de hecho la fuente de Big Bird. Como dicen en su artículo, «El estallido de PKS B1424-418 proporciona una salida de energía lo suficientemente alta como para explicar el caso del petaelectronvolt observado (Big Bird), lo que sugiere una asociación física directa.»

Entonces, ¿qué significa esto? Esto significa que podemos identificar la fuente de un neutrino. Y eso es bueno para la ciencia. Los neutrinos son notoriamente difíciles de detectar, y no son tan bien entendidos. El nuevo método de detección, que implica la ayuda del telescopio Fermi en conjunto con la matriz TANAMI y con la ayuda de la detección de un neutrino por IceCube generará una alerta en tiempo real cuando la fuente del neutrino pueda ser reducido a un área del tamaño de la Luna llena.

Esto promete abrir una ventana completamente nueva sobre los neutrinos, las «partículas fantasma» sin embargo, difíciles de alcanzar para ser tan abundantes en el Universo.

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