Astrónomos detectan por primera vez el origen de una "partícula fantasma" en el centro de un agujero negro

Imagen: Representación de un núcleo galáctico activo (DESY, Science Communication Lab)

Por primera vez, un equipo de astrónomos ha dado con el origen de un neutrino cósmico de fuera de la vía Láctea. La llamada “partícula fantasma” detectada en la Antártida revela que, aparte de neutrinos, los rayos gamma se producen parcialmente por protones de alta energía en los chorros de agujeros negros supermasivos.

Ocurrió en el observatorio IceCube (un telescopio de neutrinos) ubicado en la Antártida, un experimento que ha arrojado la primera respuesta concreta a unos de los enigmas cosmológico que ha durado más de un siglo: los neutrinos pueden acelerarse hasta cerca de la velocidad de la luz gracias a un tipo especial de centro galáctico compacto llamado blazar. Se cree que los Blazars están alimentados por agujeros negros supermasivos, uno de los fenómenos más energéticos observados en el universo.

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El origen de la partícula, detectada el 22 de septiembre de 2017, es un descubrimiento sorprendente, ya que no solo confirma los blazars como fuente de neutrinos de alta energía, sino que también establece un nuevo campo de estudio, algo así como la astrofísica de neutrinos multi-mensajero: el uso de diferentes tipos de detectores reunidos para estudiar el mismo fenómeno.

Lo cierto es que los neutrinos extragalácticos de alta energía han sido un rompecabezas desde su primera detección en 2012, gracias al detector especializado de neutrinos IceCube en el Polo Sur, aprovechando el hielo antártico.

Imagen: Un esquema del evento a través de IceCube (IceCube/NSF)

Las partículas subatómicas son raras, pero no lo son mucho que los neutrinos. Su masa es casi cero, viajan casi a la velocidad de la luz, y realmente no interactúan con la materia normal. Para un neutrino, el Universo sería casi incorpóreo. De hecho, miles de millones de neutrinos se están acercando a nosotros ahora mismo. Por ello los llamamos la “partícula fantasma”.

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Sin embargo, eso no significa que no puedan interactuar con la materia, y esto es en lo que se basa precisamente el experimento IceCube. De vez en cuando, un neutrino puede interactuar con el hielo y crear con ello un destello de luz. De esta forma, los detectores de IceCube se adentran en el hielo antártico donde, en la oscuridad, pueden detectar los fotones de estas colisiones.

Hasta el momento, IceCube había detectado varios neutrinos que realmente se destacaban. Son mucho más enérgicos que las detecciones normales, lo que indica que, a priori, deben haber recorrido una distancia muy larga. La energía del neutrino de septiembre no era de las más altas, a 300 teraelectronvoltios, pero todavía superaba con creces cualquier cosa cercana. Y, como el resto del Universo no existe realmente para los neutrinos, esto significa que siempre viajan en línea recta.

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Imagen: Representación de un blazar (Wikimedia Commons)

Precisamente fue así como los investigadores descubrieron de dónde venía esta pequeña partícula subatómica. Sus análisis remontaban a un blazar a 4 mil millones de años luz de distancia llamado TXS 0506+056, justo al lado de Orion, un hallazgo que significa que los rayos cósmicos de alta energía asociados (que consisten principalmente de protones y núcleos atómicos) también provienen del mismo lugar.

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En esencia, un blazar es un tipo de cuásar, una galaxia con un agujero negro supermasivo activo en su núcleo que envía una energía tremenda a medida que se alimenta, y uno de los chorros que fluye desde las regiones polares del agujero negro apunta directamente en nuestra dirección.

Cuentan los investigadores que cuando se realizó la detección en tiempo real en 2017, los científicos se pusieron en alerta máxima. Rápidamente comenzaron a recorrer los datos de IceCube, y encontraron una llamarada de más de una docena de neutrinos desde finales de 2014 hasta principios de 2015 desde el mismo lugar.

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Luego, el hallazgo fue respaldado por las observaciones de dos telescopios de rayos gamma: el Telescopio Espacial de Rayos Gamma Fermi en órbita de la NASA y el Telescopio Cherenkov (MAGIC) en las Islas Canarias. Ambos detectaron un destello de actividad de rayos gamma de alta energía proveniente de TXS 0506+056.

Un trabajo pionero que indicaba que el blazar es ahora mismo el primer acelerador conocido de neutrinos y rayos cósmicos de alta energía. [Motherboard, Science]

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Miguel Jorge

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