En 2023 un detector enterrado cerca del Mar Mediterráneo detectó una señal de neutrinos imposiblemente potente, con decenas de miles de veces más energía de cualquier cosa que hayan producido los aceleradores de partículas más potentes que hayan construido los humanos. Sin embargo, la señal representó más preguntas que respuestas, en particular sobre sus orígenes. Ahora, un equipo propone una solución ambiciosa: se trató de la explosión de agujeros negros primordiales que filtraron electrones oscuros.
El trabajo, que sería publicado el 10 de febrero y está ahora en el servidor pre-impresión arXiv, aparecería en Physical Review Letters.
“En este momento nadie sabe qué fue lo que causó este neutrino, y nuestra propuesta presenta una posibilidad”, le dijo a Gizmodo Andrea Thamm, autora principal del trabajo, física de partículas en la Universidad de Massachusetts Amherst. “Con el tiempo tal vez observemos más partículas de alta energía, o no, y eso brindará información sobre si nuestra propuesta es correcta o no”.
La “partícula fantasma” más potente
Cada segundo pasan a través de nosotros billones de neutrinos, partículas de carga neutral y casi sin masa, pero solo reconocemos su existencia si esas “partícula fantasma” chocan contra los muchos detectores de neutrino que hay en la Tierra, sensores gigantescos.
En febrero de 2023 un neutrino de orígenes desconocidos ingresó en el rango de detección del KM3NeT, un detector ubicado frente a las costas de Malta en el mar Mediterráneo de Europa. El nivel de energía de la diminuta partícula era enorme, unas 30.000 veces mayor que el de cualquier partícula producida por el Gran Colisionador de Hadrones del CERN, que es el acelerador más potente del mundo.
“No se esperaba que pudiéramos ver un neutrino de tan elevada energía, y no había orígenes astrofísicos conocidos”, señaló Thamm.
De hecho, por varias razones esa señal representó un enigma para los físicos. El neutrino solo apareció en el KM3NeT, pero no en experimentos como el IceCube. Y otro detector de capacidad similar «no solo no registró el evento sino que jamás había detectado nada que tuviera siquiera la centésima parte de su energía», declararon los investigadores.
Ver lo invisible, e intentar lo imposible
Thamm y sus colegas creen que la respuesta podría estar en las características d ellos agujeros negros primordiales, que son agujeros negros hipotéticos que salieron del Big Bang, no de estrellas agonizantes. Los astrónomos todavía no han logrado detectar ninguno aunque sospechan que los agujeros negros tan antiguos podrían ser “livianos como una pluma”, con masa similar a la de la Tierra.
“Stephen Hawking señaló en la década de 1970 que los agujeros emiten radiación (radiación de Hawking), y que por lo tanto pierden masa”, explicó Thamm en su comunicación con Gizmodo. La masa de un agujero negro es inversamente proporcional a su temperatura, por lo que los agujeros negros primordiales más livianos se calentarían y emitirían más radiación, perdiendo masa más rápido que los agujeros negros comunes, añadió.
El nuevo trabajo de investigación no se centra en un agujero negro primordial, sino que considera la factiblidad de un “agujero negro primordial cuasi extremo”. Según el trabajo, este tipo especial de agujero negro no puede emitir radiación de Hawkeen por la masa invisible de sus electrones oscuros, contraparte hipotética y mucho más pesada que los electrones regulares.
Eventualmente, el campo eléctrico oscuro que rodea al agujero negro se vuelve tan potente que los electrones oscuros más pesados empiezan a filtrarse y salir del agujero negro y cuando sucede eso, el agujero negro pierde su carga (oscura) muy rápidamente, dando lugar a una explosión enorme que dura solo unos segundos, le explicó Thamm a Gizmodo.
Eso significa que la explosión solo emite neutrinos dentro de un rango específico de niveles de energía. Si eso coincide con los niveles de energía que suele captar el IceCube, explicaría por qué la señal de 2023 sólo apareció en los radares del KM3NeT.
La verdad no sale a la luz
El modelo considera ideas interesantes, pero admite que solo se apoya en suposiciones hipotéticas. Thamm señala que es una de las muchas explicaciones posibles del origen del neutrino ultra potente. En el futuro cercano los físicos compararán sus anotaciones para llegar a una conclusión que sea aceptable a todos.
“Aunque nuestro trabajo y su física nos entusiasma, eso no quiere decir que sea la explicación correcta y definitiva del origen del neutrino. Se requieren más datos experimentales y más análisis teóricos para poder decidir cuál es la explicación correcta”, afirmó Thamm.
