Astrofísicos descubren el origen de las extrañas "partículas fantasma" que atraviesan el Universo
Científicos han descubierto que un tipo especial de
"partícula fantasma", los neutrinos de alta energía, y los rayos
cósmicos –partículas cargadas que bombardean la Tierra desde el espacio
profundo y que viajan hasta casi la velocidad de la luz–, se originan en los
blazares, los agujeros negros supermasivos activos situados en el centro de
galaxias lejanas cuyo chorro de materia ionizada apunta casi hacia nosotros.
Durante más de un siglo, los astrofísicos han
intentado determinar el origen de esas partículas extremadamente energéticas,
que son hasta un millón de veces más energéticas que todo lo que consigue el
acelerador de partículas más potente del mundo, el Gran Colisionador de
Hadrones (LHC), cerca de Ginebra (Suiza).
Además, hasta la fecha ha sido un misterio
determinar qué las impulsa con tanta fuerza como para que viajen miles de
millones de años luz.
Ahora, resolver el viejo misterio podría estar un
paso más cerca gracias a una nueva investigación sobre múltiples mensajeros
realizada por un equipo de científicos.
La gran dificultad de determinar el origen de estos
rayos cósmicos está en que estos consisten en partículas cargadas
eléctricamente, lo que significa que mientras viajan, son desviados
repetidamente por los campos magnéticos de las galaxias.
Sin embargo, un equipo de astrofísicos cree que
algunos de los procesos y acontecimientos que lanzan los rayos cósmicos también
expulsan neutrinos astrofísicos, y estas partículas "fantasmas"
podrían utilizarse como "mensajeros" para resolver este rompecabezas,
según explica Space.com.
"Los neutrinos astrofísicos se producen
exclusivamente en procesos que implican la aceleración de los rayos
cósmicos", afirma en un comunicado la profesora de astrofísica de la Universidad
Julius-Maximilians (JMU) de Würzburg, Sara Buson, miembro del equipo.
Los neutrinos tienen masas diminutas y no tienen
carga, lo que les permite viajar a través de galaxias y planetas sin
obstáculos. Es más, cada segundo, unos 100 billones de neutrinos atraviesan
nuestro cuerpo sin dejar rastro.
Así, al no tener carga, los neutrinos no
experimentan las mismas desviaciones que los rayos cósmicos, lo que significa
que sus fuentes pueden ser localizadas con mayor precisión.
En 2017, el Observatorio de Neutrinos IceCube –el
detector de neutrinos más sensible actualmente en funcionamiento–, enterrado en
las profundidades del hielo del Polo Sur, detectó un neutrino. Los científicos
lo rastrearon hasta el blazar TXS 0506+056.
En aquel entonces, la publicación en la revista
Science suscitó un debate científico sobre si los blazares son aceleradores de
rayos cósmicos.
Ahora, según el comunicado de prensa, utilizando los
datos de neutrinos obtenidos por IceCube y un catálogo de objetos astrofísicos
identificados con seguridad como blazares, el profesor asociado de Física y
Astronomía de la Universidad de Clemson, Marco Ajello, y sus colegas
encontraron pruebas contundentes de que un subconjunto de blazares originó los
neutrinos de alta energía observados.
Sus hallazgos, publicados en The Astrophysical
Journal Letters, informan de que la probabilidad de que esto sea una
coincidencia es de menos de una entre un millón.
"Ya tuvimos un indicio en su momento (en 2017),
y ahora tenemos pruebas", dijo Ajello.
"Los resultados proporcionan, por primera vez,
evidencia observacional incontrovertible de que la submuestra de blazares
PeVatron son fuentes de neutrinos extragalácticos y, por lo tanto, aceleradores
de rayos cósmicos", dijo, por su parte, Buson.
Esto podría ser el resultado de cómo el agujero
negro supermasivo que se encuentra en el corazón de un blazar
"mastica" la materia como el gas y el polvo que los rodea antes de
ser "alimentado" –o acrecido– a su superficie.
Los agujeros negros en rotación arrastran el tejido
del espacio-tiempo con ellos, un efecto llamado "marco de arrastre"
("frame-dragging") o "precesión de la lente-tornillo"
("Lense-Thirring precession"), que hace que la materia que los rodea
no pueda permanecer quieta, lo que facilita la aceleración de las partículas.
"El proceso de acreción y la rotación del
agujero negro conducen a la formación de chorros relativistas, en los que las
partículas se aceleran y emiten radiación hasta energías mil millones [de veces
superiores] a la de la luz visible", explicó, por su parte, Andrea
Tramacere, miembro del equipo y científico del departamento de astronomía de la
Universidad de Ginebra.
"El descubrimiento de la conexión entre estos
objetos y los rayos cósmicos puede ser la 'piedra Rosetta' de la astrofísica de
altas energías", agregó.
Según Tramacere, el siguiente paso de esta
investigación es investigar la diferencia entre los tipos de blazares que
emiten neutrinos y los que no.
Del mismo modo, según Tramacere, el descubrimiento
de estas fábricas de neutrinos de alta energía representa un hito importante
para la astrofísica. "Nos sitúa un paso adelante en la resolución del
centenario misterio del origen de los rayos cósmicos", dijo.
Ajello dijo que los investigadores estudiarán ahora
esos blazares para entender qué los hace buenos aceleradores.
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