Los neutrinos de alta energía han sido rastreados hasta la galaxia NGC 1068 (Messier 77) por primera vez, según un nuevo estudio revisado por expertos y publicado el viernes en la revista Science.
Los neutrinos son las partículas fundamentales más abundantes que tienen masa en el universo y se han detectado a partir de muchas fuentes, como el sol y las interacciones de rayos cósmicos. Se encuentran entre las partículas menos conocidas del modelo estándar de la física de partículas.
NGC 1068, situada a 47 millones de años luz de la Tierra, es una galaxia espiral activa con un enorme agujero negro en su centro. Un círculo de polvo nuclear oculta la mayor parte de la radiación de alta energía producida por el gas y las partículas que se mueven lentamente en espiral hacia el centro de la galaxia.
“Los modelos recientes de los entornos de los agujeros negros en estos objetos sugieren que el gas, el polvo y la radiación deberían bloquear los rayos gamma que, de otro modo, acompañarían a los neutrinos”, dijo Hans Niederhausen, asociado postdoctoral en la Universidad Estatal de Michigan y uno de los principales analistas del trabajo.
Niederhausen añadió que la detección de neutrinos podría mejorar nuestra comprensión de los entornos que rodean a los agujeros negros supermasivos.
El observatorio de neutrinos IceCube
La detección se realizó en el Observatorio de Neutrinos IceCube, un enorme telescopio de neutrinos que utiliza mil millones de toneladas de hielo instrumentado a 1,5 o 2,5 kilómetros por debajo de la superficie de la Antártida.
El Observatorio de Neutrinos IceCube informó de la primera observación de un neutrino de alta energía en 2018 que se originó en una galaxia blazar situada cerca de la constelación de Orión, a cuatro mil millones de años luz.
“Un solo neutrino puede individualizar una fuente. Pero solo una observación con múltiples neutrinos revelará el núcleo oscurecido de los objetos cósmicos más energéticos”, dijo Francis Halzen, profesor de física de la Universidad de Wisconsin-Madison e investigador principal de IceCube.
“Desvelar el origen de los neutrinos cósmicos y la relación entre neutrinos, rayos gamma y rayos cósmicos es un paso fundamental para descifrar los procesos fundamentales del universo”.
IceCube ha detectado 80 neutrinos de alta energía procedentes de NGC 1068. Éstos “aún no son suficientes para responder a todas nuestras preguntas, pero definitivamente son el siguiente gran paso hacia la realización de la astronomía de neutrinos”, dijo Halzen.
Theo Glauch, asociado postdoctoral de la Universidad Técnica de Múnich (TUM), en Alemania, explicó que NGC 1068 podría convertirse en una “vela estándar” para futuros telescopios de neutrinos.
“Ya es un objeto muy estudiado por los astrónomos, y los neutrinos nos permitirán ver esta galaxia de una manera totalmente diferente. Una nueva visión aportará, sin duda, nuevos conocimientos”, afirma Glauch.
El nuevo estudio mejora en gran medida los estudios anteriores
El nuevo estudio también presenta una mejora significativa respecto a un estudio anterior sobre NGC 1068 publicado en 2020.
“Parte de esta mejora se debe a la mejora de las técnicas y otra parte a una cuidadosa actualización de la calibración del detector”, dijo Ignacio Taboada, profesor de física del Instituto de Tecnología de Georgia y portavoz de la Colaboración IceCube. “El trabajo de los equipos de operaciones y calibración del detector ha permitido mejorar las reconstrucciones direccionales de neutrinos para localizar con precisión NGC 1068 y hacer posible esta observación. Resolver esta fuente fue posible gracias a técnicas mejoradas y calibraciones refinadas, un resultado del duro trabajo de la Colaboración IceCube”.
Marek Kowalski, colaborador de IceCube y científico principal del Deutsches Elektronen-Synchrotron, en Alemania, declaró que el nuevo estudio “significa que con una nueva generación de detectores más sensibles habrá mucho que descubrir”.
“El futuro observatorio IceCube-Gen2 no sólo podría detectar muchos más de estos aceleradores de partículas extremas, sino que también permitiría su estudio a energías aún mayores. Es como si IceCube nos entregara un mapa a un tesoro escondido”.
El nuevo estudio acerca a IceCube a averiguar el origen de los rayos cósmicos. Los hallazgos también podrían significar que podrían existir más objetos similares en el universo que aún no han sido identificados.
“La revelación del universo oscuro acaba de empezar, y los neutrinos están llamados a liderar una nueva era de descubrimientos en la astronomía”, dijo Elisa Resconi, profesora de física en la TUM y otra analista principal del estudio.
“Hace varios años, la NSF inició un ambicioso proyecto para ampliar nuestra comprensión del universo mediante la combinación de capacidades establecidas en la astronomía óptica y de radio con nuevas habilidades para detectar y medir fenómenos como los neutrinos y las ondas gravitacionales”, dijo Caldwell. “La identificación por parte del Observatorio de Neutrinos de IceCube de una galaxia vecina como fuente cósmica de neutrinos es solo el comienzo de este nuevo y apasionante campo que promete conocimientos sobre el poder no descubierto de los agujeros negros masivos y otras propiedades fundamentales del universo”.
