Partículas fantasmas que chocan contra la Antártida revelan el corazón invisible de una galaxia cercana

A unos 47 millones de años luz de donde estás sentado, el centro de una galaxia cargada de agujeros negros llamada NGC 1068 está escupiendo corrientes de partículas enigmáticas. Estos «neutrinos», también conocidos como las notoriamente escurridizas «partículas fantasma», acechan en nuestro universo pero dejan pocos rastros de su existencia.

Inmediatamente después de nacer, paquetes de estos fragmentos invisibles se precipitan a través de la extensión cósmica. Pasan rápidamente por estrellas brillantes que podemos ver y pasan a toda velocidad por bolsillos del espacio repletos de maravillas que aún estamos por descubrir. Vuelan y vuelan y vuelan hasta que, ocasionalmente, chocan contra un detector muy por debajo de la superficie de la Tierra.

El viaje de los neutrinos es continuo. Pero los científicos esperan pacientemente a que lleguen.

Ubicado en alrededor de mil millones de toneladas de hielo, a más de 2 kilómetros (1,24 millas) debajo de la Antártida, se encuentra el Observatorio de Neutrinos IceCube. Un cazador de neutrinos, podrías llamarlo. Cuando los neutrinos transfieren su grupo al gélido continente, IceCube está listo.

En un artículo publicado el viernes en la revista Science, el equipo internacional detrás de este ambicioso experimento confirmó que encontró evidencia de 79 «emisiones de neutrinos de alta energía» provenientes de alrededor de donde se encuentra NGC 1068, abriendo la puerta a nuevos e infinitamente fascinantes — tipos de física. «Astronomía de neutrinos», lo llaman los científicos.

Sería una rama de la astronomía que puede hacer lo que las ramas existentes simplemente no pueden.

Antes de hoy, los físicos solo habían mostrado neutrinos provenientes del sol; la atmósfera de nuestro planeta; un mecanismo químico llamado decaimiento radiactivo; supernovas; y, gracias al primer avance de IceCube en 2017, un blazar o agujero negro supermasivo voraz apuntaba directamente hacia la Tierra. Evitar doblado TXS 0506+056.

Con esta fuente de neutrinos recién descubierta, estamos entrando en una nueva era en la historia de las partículas. De hecho, según el equipo de investigación, es probable que los neutrinos provenientes de NGC 1068 tengan hasta millones, miles de millones, tal vez incluso trillones la cantidad de energía que tienen los neutrinos enraizados en el sol o las supernovas. Esas son cifras asombrosas porque, en general, estos fragmentos fantasmales son tan poderosos, pero evasivos, que cada segundo, trillones y trillones de neutrinos se mueven a través de su cuerpo. Simplemente no puedes decirlo.

Y si quisieras detener un neutrino en seco, tendrías que luchar contra él con un bloque de plomo de un año luz de ancho, aunque incluso entonces, habría una probabilidad fraccionaria de éxito. Por lo tanto, aprovechar estas partículas, la versión de NCG 1068 o no, podría permitirnos penetrar en áreas del cosmos que normalmente estarían fuera de nuestro alcance.

¿Ahora que?

Este momento no solo es masivo porque nos da más pruebas de una partícula extraña que ni siquiera se anunció que existiera hasta 1956, sino también porque los neutrinos son como llaves para el backstage de nuestro universo.

Tienen la capacidad de revelar fenómenos y resolver acertijos que no podemos abordar de otra manera, que es la razón principal por la que los científicos están tratando de desarrollar la astronomía de neutrinos en primer lugar.

«El universo tiene múltiples formas de comunicarse con nosotros», dijo el jueves a los periodistas Denise Caldwell, de la Fundación Nacional de Ciencias y miembro del equipo de IceCube. «La radiación electromagnética, que vemos como la luz de las estrellas, las ondas gravitacionales que sacuden la estructura del espacio y las partículas elementales, como los protones, los neutrones y los electrones, expulsados ​​por fuentes localizadas.

“Una de estas partículas elementales han sido los neutrinos que impregnan el universo, pero desafortunadamente, los neutrinos son muy difíciles de detectar”.

De hecho, incluso la galaxia NGC 1068 y su gigantesco agujero negro suelen estar oscurecidos por un espeso velo de polvo y gas, lo que dificulta su análisis con telescopios y equipos ópticos estándar, a pesar de que los científicos han intentado traspasar su cortina durante años. El Telescopio Espacial James Webb de la NASA podría tener una ventaja en este caso debido a sus ojos infrarrojos, pero los neutrinos pueden ser una forma aún mejor de entrar.

Se espera que se generen detrás de esas pantallas opacas que filtran nuestro universo, estas partículas pueden transportar información cósmica desde detrás de esas pantallas, hacer zoom a grandes distancias mientras interactúan esencialmente con ninguna otra materia y brindar información prístina e intacta a la humanidad sobre rincones esquivos del espacio exterior.

«Somos muy afortunados, en cierto sentido, porque podemos acceder a una comprensión asombrosa de este objeto», dijo Elisa Resconi, de la Universidad Técnica de Munich y miembro del equipo de IceCube, sobre NGC 1068.

También es notable que hay muchas (muchas) más galaxias similares a NGC 1068, categorizadas como galaxias Seyfert, que blazares similares a TXS 0506+056. Esto significa que el último descubrimiento de IceCube es, posiblemente, un mayor paso adelante para los astrónomos de neutrinos que el seminal del observatorio.

Quizás la mayor parte de los neutrinos que se difunden por todo el universo tienen su origen en los doppelgangers de NGC 1068. Pero en el gran esquema de las cosas, hay mucho más en el mérito de los neutrinos que solo sus fuentes.

Estos fantasmas, como lo expresaron Justin Vandenbroucke de la Universidad de Wisconsin-Madison y un miembro del equipo de IceCube, son aptos para resolver dos grandes misterios de la astronomía.

En primer lugar, una gran cantidad de galaxias en nuestro universo cuentan con vacíos gravitacionalmente monstruosos en sus centros, agujeros negros que alcanzan masas de millones a miles de millones de veces mayores que la de nuestro sol. Y estos agujeros negros, cuando están activos, lanzan chorros de luz desde sus entrañas, emitiendo suficiente iluminación para eclipsar a todas las estrellas de la galaxia. «No entendemos cómo sucede eso», dijo simplemente Vandenbrouke. Los neutrinos podrían proporcionar una forma de estudiar las regiones alrededor de los agujeros negros.

El segundo es el enigma general, aunque persistente, de los rayos cósmicos.

Realmente tampoco sabemos de dónde vienen los rayos cósmicos, pero estas cadenas de partículas alcanzan energías millones de veces más altas que las que podemos alcanzar aquí en la Tierra con aceleradores de partículas construidos por humanos como el del CERN.

«Creemos que los neutrinos tienen algún papel que desempeñar», dijo Vandenbroucke. «Algo que pueda ayudarnos a responder estos dos misterios de los agujeros negros que alimentan galaxias muy brillantes y de los orígenes de los rayos cósmicos».

Una década para atrapar un puñado

Para ser claros, IceCube no atrapa exactamente neutrinos.

Básicamente, este observatorio nos dice cada vez que un neutrino interactúa con el hielo que lo envuelve. «Los neutrinos apenas interactúan con la materia», enfatizó Vandenbrouke. «Pero interactúan a veces».

A medida que millones de neutrinos se disparan hacia la región helada donde se encuentra IceCube, al menos uno tiende a chocar con un átomo de hielo, que luego se rompe y produce un destello de luz. Los sensores de IceCube capturan ese destello y envían la señal a la superficie, notificaciones que luego son analizadas por cientos de científicos.

Diez años de datos de destellos de luz permitieron al equipo trazar un mapa de dónde parece provenir cada neutrino en el cielo. Pronto quedó claro que había una región densa de emisiones de neutrinos ubicada justo donde está estacionada la galaxia NGC 1068.

Pero incluso con tal evidencia, Resconi dijo que el equipo sabía que «no es el momento de abrir el champán, porque todavía tenemos una pregunta fundamental que responder. ¿Cuántas veces sucedió esta alineación por casualidad? ¿Cómo podemos estar seguros de que los neutrinos son en realidad viniendo de tal objeto?»

Entonces, para hacer las cosas lo más concretas posible, y realmente probar que esta galaxia está escupiendo fantasmas, «generamos 500 millones de veces el mismo experimento», dijo Resconi.

Después de lo cual, solo puedo imaginarlo, finalmente se abrió una botella de Veuve. Aunque la caza no ha terminado.

«Solo estamos comenzando a arañar la superficie en cuanto a encontrar nuevas fuentes de neutrinos», dijo Ignacio Taboada, del Instituto de Tecnología de Georgia y miembro del equipo de IceCube. «Debe haber muchas otras fuentes mucho más profundas que NGC 1068, escondidas en algún lugar para ser encontradas».