Un observatorio construido en las profundidades del hielo de la Antártida ha detectado la primera evidencia de emisiones de neutrinos de alta energía de la Vía Láctea. Esta es la primera vez que los científicos obtienen evidencia sólida de la emisión de estas partículas dentro de nuestra galaxia, ya que ya se habían identificado emisiones de fuentes extragalácticas. El descubrimiento podría abrir una nueva era para la observación astronómica, comenzando a revelar características ocultas de nuestra galaxia y el cosmos.
El observatorio IceCube ha producido una imagen de la Vía Láctea por primera vez utilizando neutrinos, partículas elementales que funcionan como diminutos «mensajeros fantasma». Un grupo internacional de más de 350 científicos ha presentado con este «mapa o plano galáctico» la primera evidencia de emisión de neutrinos de alta energía desde la propia Vía Láctea.
Se sabía que las interacciones entre los rayos cósmicos y el gas y el polvo galácticos inevitablemente producen rayos gamma y neutrinos. Dada la ya conocida observación de rayos gamma desde el plano galáctico, se esperaba que la Vía Láctea también fuera una fuente de neutrinos de alta energía.
Estos neutrinos, que tienen energías de millones a miles de millones de veces mayores que las producidas por las reacciones de fusión que alimentan las estrellas, fueron detectados por el observatorio IceCube, que opera en la Estación Amundsen-Scott del Polo Sur. Fue construido y se mantiene con fondos de la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU. (NSF), además del apoyo adicional de 14 países, que conforman la Colaboración IceCube.
Un amplio campo de desarrollo hacia el futuro
El detector único en su tipo cubre un kilómetro cúbico de hielo antártico profundo y está equipado con más de 5.000 sensores de luz. IceCube está buscando señales de neutrinos de alta energía de nuestra galaxia y más allá, hasta el borde del Universo. Según un comunicado de prensa, este trabajo dio como resultado la primera detección de neutrinos de la Vía Láctea, así como el diseño de un mapa o plano de la misma utilizando el potencial de estos bloques fundamentales de la naturaleza de la Vía Láctea.
Los especialistas, que han resumido los principales avances en un nuevo estudio publicado en la revista Science, afirman que las capacidades que aporta el detector IceCube, combinadas con nuevas herramientas de análisis de datos que utilizan inteligencia artificial (IA), aportan una noticia de nuestra galaxia. , que sólo había sido mencionado antes. En el futuro, creen que si estas habilidades continúan refinándose, será posible revelar importantes características ocultas de la Vía Láctea, nunca antes vistas por la humanidad.
Carlos Argüelles-Delgado: “Los neutrinos podrían desvelar el misterio de la materia oscura, entre otros enigmas”
En entrevista exclusiva con Tendencias21/Prensa Ibérica, Carlos Argüelles-Delgado, físico y profesor de la Universidad de Harvard, EE. UU., y miembro del equipo de IceCube, desarrolla algunas claves que ayudan a entender la profundidad y trascendencia de este descubrimiento. El científico peruano se encuentra actualmente desarrollando nuevas técnicas para estudiar los neutrinos y caracterizarlos, con el fin de entender el origen del flujo de neutrinos astrofísicos de alta energía, entre otros problemas.
¿Por qué es tan importante esta primera imagen de la Vía Láctea usando neutrinos que hizo IceCube?
Durante milenios hemos observado el Universo con nuestros ojos, viendo el Universo en luz visible, luego con la llegada de los telescopios y otras tecnologías en otras frecuencias. Ver el Universo en neutrinos nos abre la posibilidad de observar las regiones «oscuras» del cosmos, de las que la luz no puede escapar. La observación de la galaxia es un paso importante para la astrofísica, porque nos da una nueva visión de la Vía Láctea. La observación de la galaxia en neutrinos confirma que en nuestra galaxia se están produciendo colisiones de alta energía. Estas colisiones son producidas por aceleradores de partículas, como los agujeros de neutrinos.
Creo que esta primera vista de la galaxia en neutrinos es una nueva forma de hacer astronomía y puede llevar a descubrimientos muy sorprendentes. Por ejemplo, sabemos que la mayor parte de la materia en el universo no interactúa directamente con la luz, se llama materia oscura por este efecto. La naturaleza de esta materia oscura es uno de los mayores misterios de la física contemporánea. En algunos modelos que intentan explicar qué es la materia oscura, ésta interactúa con los neutrinos. Las observaciones de la galaxia en neutrinos pueden brindarnos nuevas formas de comprender la materia oscura, que hasta ahora ha eludido las búsquedas basadas en la luz.
¿Cuál es la importancia de profundizar en el conocimiento de los neutrinos para resolver los grandes enigmas del cosmos?
Una de las cosas más sorprendentes de los neutrinos es que exhiben propiedades cuánticas a escala macroscópica. Los neutrinos vienen en tres tipos o, como decimos en física, en tres «sabores». Cuando un neutrino viaja por el espacio desde la fuente que lo produjo hasta el telescopio donde será detectado, viaja como una superposición de los tres «sabores» de neutrinos. Es decir que un neutrino viajero es simultáneamente, con ciertas probabilidades, los tres tipos de neutrinos. Esta es una propiedad cuántica similar al ejemplo de Schrödinger, donde un gato en una caja está en un estado superpuesto de no-muerto. Cuando se abre la caja de Schrödinger, el gato se derrumba en uno de estos estados: vivo o muerto. Lo mismo ocurre con un neutrino, que viaja en una superposición de todos los sabores de neutrino, pero cuando se detecta, se manifiesta como uno solo de ellos.
La observación de neutrinos a grandes distancias en el cosmos, como hemos demostrado en diferentes estudios previos, permite observar efectos cuánticos a escalas nunca antes accesibles. Esto permite acceder a regímenes energéticos nunca antes explorados, donde pueden actuar nuevas partículas o fuerzas.
-¿Qué detalles desconocidos de nuestra galaxia pueden revelar este tipo de estudio gracias a los neutrinos?
Los neutrinos observados por IceCube provienen principalmente de la colisión de rayos cósmicos galácticos con gas en nuestra galaxia. El estudio de estos neutrinos permite medir la distribución del gas en nuestra galaxia. Es como hacer una tomografía galáctica con neutrinos. Otra cosa interesante, como mencioné anteriormente, es la posibilidad de observar señales de materia oscura con neutrinos galácticos. Hay observaciones del centro galáctico en rayos gamma que indican un posible aporte de materia oscura. Confirmar esta observación con neutrinos galácticos sería algo que podría revolucionar la física. Además, el estudio de los diferentes “sabores” de los neutrinos en nuestra galaxia abre una ventana a escalas de la física nunca antes alcanzadas.
Finalmente, creo que es importante recalcar que este descubrimiento es solo el comienzo y no el final de esta historia. IceCube observó el débil flujo de neutrinos galácticos. Lo que ahora sigue es mejorar esta medida y empezar a ver el detalle de nuestra galaxia en neutrinos. Aquí es donde, quizás, veremos sorpresas. Las mediciones de IceCube de la galaxia seguirán mejorando a medida que mejoren las nuevas técnicas para inferir la dirección de los neutrinos detectados. Estas mejoras provienen en gran medida del uso de nuevas tecnologías, como el aprendizaje automático. Actualmente se están construyendo nuevos telescopios de neutrinos, como el Km3NeT en el Mediterráneo y el Baikal-GVD en Rusia, que entrarían en funcionamiento en los próximos años y nos ayudarían a ver la galaxia en mayor resolución. Finalmente, durante la próxima década, nuevos telescopios de neutrinos como TAMBO en los Andes peruanos, P-ONE en Canadá e IceCube-Gen2 en la región antártica aumentarán enormemente nuestra capacidad de ver el Universo en neutrinos.
Referencia
Observación de neutrinos de alta energía desde el plano galáctico. La colaboración IceCube: R. Abbasi et al. Ciencia (2023). DOI: http://www.doi.org/10.1126/science.adc9818
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