En ocasiones nuestro planeta es golpeado por protones, e incluso núcleos atómicos enteros, con energías extremadamente altas, mucho más altas que las que los científicos pueden producir en sus experimentos de física más poderosos. Desde el descubrimiento de estos “rayos cósmicos” hace más de un siglo, no se ha podido determinar con certeza el origen de estas partículas, hasta ahora.
Científicos de instituciones de todo el mundo anunciaron que han confirmado una fuente de origen de rayos cósmicos de ultra alta energía, gracias a los datos combinados de la luz y una sola partícula de neutrinos de alta energía.
Esa fuente es un blazar, un agujero negro supermasivo en el centro de una galaxia que emite chorros de luz de alta energía y radiación apuntando directamente a la Tierra. El descubrimiento es un punto culminante de la nueva era de la astronomía en la que las partículas distintas de la luz, como los neutrinos, ayudan a los científicos a comprender el cosmos.
Los rayos cósmicos están formados por protones y otras partículas cargadas, y son casi imposibles de rastrear hasta sus orígenes porque las partículas son desviadas por los campos magnéticos a medida que viajan por el espacio. Pero los rayos cósmicos de alta energía también forman neutrinos, los cuales viajan en línea recta por lo que son más fáciles de rastrear hasta su origen.
El 22 de septiembre de 2017, el detector IceCube, ubicado en el Polo Sur, detectó un neutrino, el cual se distinguió por su increíble cantidad de energía: 290 tera-electrón-voltios, decenas de veces más enérgico que los protones producidos en el Gran Colisionador de Hadrones.
Los neutrinos son partículas extraordinarias. Tan ligeros que alguna vez se pensó que no tenían masa, fluyen continuamente en grandes cantidades desde el sol. La mayoría de las veces atraviesan objetos en su camino, una particularidad que les ha valido el apodo de “partículas fantasma”. Las colisiones con otras partículas como las detectadas en la Antártida ocurren muy raramente.
Pero el evento, con una duración aproximada de un minuto, sirvió para que las computadoras del laboratorio detector IceCube calcularan de dónde provenía el neutrino, alertando a otros astrónomos sobre el hallazgo y retransmitiendo las coordenadas del pedazo de cielo que parecía albergar la fuente de la partícula.
La comunidad científica respondió: casi 20 telescopios en tierra y en el espacio recorrieron ese parche a través del espectro electromagnético, desde ondas de radio de baja energía hasta rayos gamma de alta energía. Las observaciones combinadas rastrearon el origen del neutrino hasta un blazar ya conocido llamado TXS 0506 + 056, que se encuentra a unos 4 mil millones de años luz de la Tierra, cerca de la constelación de Orión.
Los blazares son un tipo especial de galaxia activa superluminosa que lanza chorros gemelos de luz y partículas; en el caso de TXS 0506 + 056, estas emanaciones apuntan directamente a la Tierra.
Al descubrir los orígenes del neutrino, los astrónomos pueden haber resuelto el rompecabezas de 100 años sobre qué tipos de entidades pueden crear estos rayos cósmicos de alta energía; el hallazgo además abre la puerta a una nueva era de la astronomía, una en la que los cielos se pueden observar no sólo con los telescopios tradicionales, e incluso los observatorios de ondas gravitacionales, sino también con los detectores de neutrinos.
Referencias:
Multimessenger observations of a flaring blazar coincident with high-energy neutrino IceCube-170922A. Science, 2018. https://doi.org/10.1126/science.aat1378
Neutrino emission from the direction of the blazar TXS 0506+056 prior to the IceCube-170922A alert. Science, 2018. https://doi.org/10.1126/science.aat2890