Los neutrinos son las partículas más escurridizas del universo conocido. Viajan a través del espacio y de la materia casi sin interactuar con nada, lo que los convierte en mensajeros cósmicos únicos: apuntan directamente hacia sus fuentes sin desviarse por campos magnéticos, como sí ocurre con los rayos cósmicos. El problema es que esa misma esquivez los hace extremadamente difíciles de detectar y, una vez detectados, casi imposibles de rastrear hasta un origen concreto.
El 22 de septiembre de 2021, el Observatorio IceCube, enterrado bajo el hielo del Polo Sur, registró un neutrino de alta energía —750 teraelectronvoltios— llegando desde la dirección de la constelación de Eridanus. La alerta activó una de las búsquedas multifrecuencia más amplias jamás organizadas para un único evento de neutrino: el telescopio Fermi de la NASA, el observatorio Swift, el Zwicky Transient Facility, el detector ANTARES y el instrumento DESI escanearon la región del cielo señalada. Se analizaron espectros de 249 galaxias dentro del área de localización. Ninguna ofrecía una candidata convincente.
Una galaxia invisible en luz visible, brillante en radio
La razón del fracaso inicial era estructural: los protocolos de seguimiento de IceCube estaban diseñados para buscar fuentes de alta energía visibles en rayos gamma o luz óptica —blazares, galaxias activas, supernovas—. Lo que estaba en ese rincón del cielo era completamente diferente. Un equipo internacional liderado por Yuji Urata, de MITOS Science Co. en Taiwán, encontró la pista donde otros no habían mirado: en longitudes de onda submilimétricas.
Allí brillaba intensamente una galaxia catalogada como JCMT0402-0424, situada a unos 11.000 millones de años luz, cuando el universo tenía apenas 3.000 millones de años. Oscurecida por densas nubes de polvo que absorben su luz visible y la reemiten en infrarrojo y radio, la galaxia era prácticamente invisible para los telescopios ópticos convencionales. El equipo la apodó Shadow Blaster: el destructor en las sombras. El estudio fue publicado el 17 de junio en Nature Astronomy.
Una lente gravitacional como telescopio natural
Ver Shadow Blaster con suficiente detalle requirió aprovechar un fenómeno que Einstein predijo hace un siglo: la lente gravitacional. Una galaxia elíptica masiva se interpone entre Shadow Blaster y la Tierra, y su gravedad curva y amplifica las ondas de radio procedentes de la galaxia distante, produciendo cuatro imágenes distorsionadas de la misma fuente. Según el comunicado oficial del Observatorio ALMA, esa amplificación magnificó la luminosidad aparente de Shadow Blaster hasta 33 billones de veces la del Sol, frente a los 2,7 billones que habría mostrado sin la lente.
Con esa resolución mejorada, el radiotelescopio ALMA examinó en detalle la estructura de la galaxia. El resultado fue inesperado: ninguna de las señales características de un agujero negro supermasivo activo. No había emisión de rayos X ni gamma, ni jet relativista, ni las firmas energéticas que distinguen a los núcleos galácticos activos. En su lugar, los datos apuntaban a otra cosa: formación estelar intensa y masiva.
Estrellas naciendo a velocidad extrema como fábrica de neutrinos
En el centro de Shadow Blaster, ALMA identificó un núcleo compacto de apenas 1.500 años luz de diámetro, empaquetado con cantidades inmensas de gas y polvo en proceso de colapso y formación estelar. En ese entorno extremo, los rayos cósmicos acelerados por las ondas de choque de supernova interaccionan con el gas denso y producen neutrinos de alta energía como subproducto. Es el mismo mecanismo que opera en otras galaxias de explosión estelar conocidas, pero nunca antes se había vinculado directamente con un evento de neutrino individual detectado.
«Shadow Blaster posee el tipo de entorno denso y rico en gas que los modelos teóricos han sugerido durante mucho tiempo que podría producir eficientemente neutrinos de alta energía», declaró Urata en el comunicado del estudio, recogido por Space.com. «Si se confirma, Shadow Blaster sería la primera galaxia de formación estelar polvorienta vinculada directamente a un evento de neutrino de alta energía.»
El análisis del equipo estima que las galaxias compactas de explosión estelar como Shadow Blaster podrían ser responsables de hasta el 20% del fondo total de neutrinos de alta energía que IceCube detecta llegando desde todas las direcciones del universo. Si ese porcentaje se confirma con futuras observaciones, implicaría que la ciencia ha estado buscando el origen de estas partículas en el lugar equivocado: mirando hacia los agujeros negros mientras una porción significativa de los neutrinos provenía de galaxias que ni siquiera eran visibles con los instrumentos habituales.
