Los neutrinos son las partículas más esquivas del Universo, capaces de viajar casi sin obstáculos a través de él. A pesar de la gran cantidad de datos recogidos, una cuestión que lleva mucho tiempo sin resolverse es la asociación de los neutrinos de alta energía con las fuentes que los originan. Entre las fuentes candidatas de neutrinos, se encuentran los blazares, una clase de fuentes extragalácticas alimentadas por agujeros negros supermasivos que alimentan chorros altamente relativistas, dirigidos hacia la Tierra. En un nuevo estudio, investigadores de la Universidad de Clemson, la Universidad de Würzburg y la Universidad de Ginebra demuestran que los blazares están asociados inequívocamente a neutrinos astrofísicos de alta energía con un nivel de confianza sin precedentes, es decir, con una probabilidad de 6*10-7.

Ilustración artística de neutrinos procedentes de un blazar de alta energía. Crédito de la imagen: Benjamin Amend, Clemson University.

Ilustración artística de los neutrinos procedentes de un blazar de alta energía. Crédito de la imagen: Benjamin Amend, Clemson University.

Los rayos cósmicos son partículas cargadas con energías de hasta 1020 electronvoltios, muy superiores a las del acelerador de partículas más potente que el ser humano ha conseguido, es decir, el Gran Colisionador de Hadrones del CERN.

La naturaleza y el origen de estas partículas que llegan desde el espacio exterior profundo siguen siendo esquivos y representan un reto primordial para los campos de las astropartículas y la astrofísica.

Los lugares de nacimiento de los rayos cósmicos generan otras partículas, entre ellas los neutrinos y los rayos gamma. A diferencia de los rayos gamma, los neutrinos astrofísicos se crean únicamente en procesos que implican la aceleración de los rayos cósmicos, lo que los convierte en firmas únicas de una fuente de rayos cósmicos.

Entre las fuentes candidatas de neutrinos de alta energía, se encuentran los blazares, una clase de fuentes extragalácticas alimentadas por agujeros negros supermasivos albergados en el centro de sus galaxias anfitrionas.

Los blazares convierten eficazmente la energía gravitacional del gas que se acumula en energía cinética de chorros altamente relativistas, apuntando hacia la Tierra.

En 2017, el Observatorio de Neutrinos IceCube, enterrado en las profundidades del hielo del Polo Sur, detectó un neutrino; los astrofísicos lo rastrearon hasta el blazar TXS 0506+056.

«Ya teníamos un indicio, y ahora tenemos pruebas», dijo el Dr. Marco Ajello, investigador del Departamento de Física y Astronomía de la Universidad de Clemson.

«Los resultados proporcionan, por primera vez, pruebas observacionales incontrovertibles de que la submuestra de blazares PeVatron son fuentes de neutrinos extragalácticos y, por tanto, aceleradores de rayos cósmicos», dijo la Dra. Sara Buson, investigadora de la Universität Würzburg.

Utilizando los datos de neutrinos obtenidos por el Observatorio de Neutrinos IceCube entre 2008 y 2015 y un catálogo de blazares, los científicos hallaron pruebas contundentes de que los blazares originaron los neutrinos de alta energía observados.

Descubrieron que 10 de los 19 puntos calientes de IceCube situados en el cielo del sur probablemente se originaron en blazares.

«El descubrimiento de estas fábricas de neutrinos de alta energía representa un hito importante para la astrofísica», afirmó el Dr. Andrea Tramacere, investigador del Departamento de Astronomía de la Universidad de Ginebra.

«Nos sitúa un paso adelante en la resolución del centenario misterio del origen de los rayos cósmicos».

Los autores planean ahora estudiar los blazares detectados para entender qué los hace buenos aceleradores.

«El análisis estadístico se ha centrado solo en los conjuntos de datos de neutrinos de IceCube más prometedores», dijo el Dr. Buson.

«Otras técnicas analíticas más sofisticadas podrían aportar más descubrimientos».

El trabajo del equipo se publicó en la revista Astrophysical Journal Letters.

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Sara Buson y otros. 2022. Iniciando un viaje a través del universo: El descubrimiento de las fábricas extragalácticas de neutrinos. ApJL 933, L43; doi: 10.3847/2041-8213/ac7d5b

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