Análise de neutrinos do IceCube liga possível fonte galáctica de raios cósmicos

Ampliação / Representação artística de uma fonte de neutrinos cósmicos brilhando sobre o Observatório IceCube na Antártida. Sob o gelo estão detectores ópticos que captam sinais de neutrinos.

IceCube / NSF

Desde que o físico francês Pierre Auger propôs em 1939 quem – qual raios cósmicos Eles devem carregar enormes quantidades de energia, e os cientistas ficaram intrigados sobre o que poderia produzir esses poderosos aglomerados de prótons e nêutrons que chovem na atmosfera da Terra. Um possível meio de identificar tais fontes é desfazer os caminhos que os neutrinos cósmicos de alta energia fazem em seu caminho para a Terra, uma vez que surgem de raios cósmicos colidindo com matéria ou radiação, resultando em partículas que então decaem em neutrinos e raios gama.

Cientistas com cubo de gelo O Observatório Antártico de Neutrinos já analisou uma década dessas descobertas de neutrinos e encontrou evidências de que uma galáxia ativa chamada Messier 77 (também conhecida como a Galáxia da Lula) é uma forte candidata a um único emissor de neutrinos de alta energia, de acordo com um novo papel Publicado na revista Science. Ele traz os astrofísicos um passo mais perto de resolver o mistério da origem dos raios cósmicos de alta energia.

“Esta observação representa o início da capacidade de realmente fazer astronomia de neutrinos”, Janet Conrad, membro do IceCube do MIT Física APS. “Lutamos por muito tempo para ver potenciais fontes de neutrinos cósmicos de grande interesse e agora vimos uma. Quebramos uma barreira.”

Como tal Avise-nos antesE a neutrinos Viaje perto da velocidade da luz. poema de 1959 de John Updike, “Garota cósmica“elogia as duas características mais definidoras dos neutrinos: eles não têm carga e, por décadas, os físicos pensaram que não tinham massa (na verdade, eles têm muito pouca massa). Os neutrinos são as partículas subatômicas mais abundantes no universo, mas raramente interagem com qualquer tipo de material A. Somos constantemente bombardeados a cada segundo por milhões dessas minúsculas partículas, mas elas passam direto por nós sem que percebamos. É por isso que Isaac Asimov as chamou de “partículas fantasmas”.

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Quando os neutrinos interagem com partículas no gelo antártico claro, eles produzem partículas secundárias que deixam um rastro de luz azul enquanto viajam pelo detector IceCube.
Ampliação / Quando os neutrinos interagem com partículas no gelo antártico claro, eles produzem partículas secundárias que deixam um rastro de luz azul enquanto viajam pelo detector IceCube.

Nicolle R. Fuller, IceCube / NSF

Essa baixa taxa de reação faz com que os neutrinos É muito difícil detectar, mas por ser tão leve, pode escapar sem impedimentos (e, portanto, em grande parte inalterado) colidindo com outras partículas de matéria. Isso significa que eles podem fornecer pistas valiosas para os astrônomos sobre sistemas distantes, reforçadas pelo que pode ser aprendido com telescópios em todo o espectro eletromagnético, bem como ondas gravitacionais. Juntas, essas várias fontes de informação foram chamadas de astronomia “Múltipla Mensageira”.

A maioria dos caçadores de neutrinos enterra seus experimentos nas profundezas da terra, e é melhor cancelar a interferência de outras fontes. No caso do IceCube, a colaboração apresenta conjuntos de sensores ópticos do tamanho de basquete enterrados nas profundezas do gelo da Antártida. Nas raras ocasiões em que um neutrino transitório interage com o núcleo de um átomo no gelo, a colisão produz partículas carregadas que emitem luz ultravioleta e fótons azuis. Estes são capturados por sensores.

Portanto, o IceCube está bem posicionado para ajudar os cientistas a avançar seus conhecimentos sobre a origem dos raios cósmicos de alta energia. Como Natalie Wolcoffer de forma convincente Explicado em Quanta Em 2021:

Um raio cósmico é apenas um núcleo atômico – um próton ou um grupo de prótons e nêutrons. No entanto, raios cósmicos raros conhecidos como “raios cósmicos de ultra-energia” têm tanta energia quanto bolas de tênis servidas profissionalmente. Eles são milhões de vezes mais energéticos do que os prótons que orbitam ao redor do túnel circular do Grande Colisor de Hádrons na Europa a 99,9999991% da velocidade da luz. Na verdade, o raio cósmico mais energético já descoberto, apelidado de partícula “oh meu Deus”, atingiu o céu em 1991 a 99,9999999999999999999951 por cento da velocidade da luz, dando-lhe a energia de uma bola de boliche que caiu da altura do ombro até a altura do pé .

Mas de onde se originam esses poderosos raios cósmicos? Uma das fortes possibilidades Núcleos Galácticos Ativos (AGNs), encontrados no meio de algumas galáxias. Sua energia se origina dos buracos negros supermassivos no centro da galáxia e/ou da rotação do buraco negro.

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