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¡A la caza del neutrino cósmico!

5/ago/18 6:18 AM
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Izquierda: Un blazar apunta su chorro de partículas y luz hacia la Tierra (imagen no a escala). Crédito: IceCube/NASA. Derecha: El blazar TXS 0506+056, localizado en la constelación de Orión, emite un chorro de partículas en el que se producen neutrinos y rayos gamma. Se detecta y asocia, por primera vez, un neutrino cósmico de alta energía (IceCube) y rayos gamma de alta (Fermi-LAT) y muy alta (MAGIC) energía. Crédito: E. Bernardini y K. Satalecka (DESY), W. Racz y I. Rams (Polish-Japanese Academy of IT)./

Alicia López Oramas 

¿Cuántas veces has soñado con ser invisible? ¿O con ser capaz de atravesar paredes o incluso la Tierra sin que se percaten de tu presencia? Pues en el Cosmos existen unas partículas “fantasma”, llamadas neutrinos, que precisamente pueden pasar inadvertidas. Ahora mismo varias centenas de neutrinos, que han viajado a través del Sistema Solar y el espacio exterior, están pasando a través de ti sin que tu cuerpo lo sepa. Es más, probablemente cruzarán la Tierra completamente desapercibidos y continuarán con su viaje cósmico sin que ningún ser humano tenga constancia jamás de su paso.

Los neutrinos son partículas subatómicas con una masa ínfima, tan pequeña que hasta hace poco creíamos que realmente carecían de ella. No tienen carga eléctrica y apenas interaccionan con su entorno, con lo cual viajan en línea recta desde la fuente de origen sin verse afectados por la materia o los campos magnéticos que encuentran a su paso. Además, viajan a velocidades cercanas a la de la luz a través del Cosmos sin apenas dejar rastro. Todo esto hace que sean muy difíciles de detectar, pero a la vez son muy interesantes porque son mensajeros de la historia del Universo.

La mayoría de estas partículas “fantasma” provienen del Sol. Se calcula que unos 65 mil millones de neutrinos solares atraviesan una superficie comparable a una uña cada segundo… ¡sin apenas interactuar con nuestro cuerpo o con la Tierra! Pero el Sol no es el único creador de neutrinos. Sabemos que cuando las estrellas mueren en una explosión de supernova, aparte de emitir luz a distintas energías, son capaces de emitir neutrinos, como ocurrió en febrero de 1987: horas antes de que se observara la explosión de la supernova SN 1987A, se detectó en torno a una docena de neutrinos que, se cree, eran mensajeros de la misma.

Sin embargo, sabemos que existen otros neutrinos más energéticos que los que se  han detectado provenientes del Sol o en la supernova  SN 1987A. Es por ello que, para intentar capturar los neutrinos de más alta energía, se instaló en 2010 un observatorio en el Polo Sur llamado IceCube. Está compuesto por 5160 detectores, enterrados hasta 2,5 km de profundidad en el hielo de la Antártida. Desde su inauguración, IceCube ha detectado docenas de neutrinos de alta energía que provenían de fuera de nuestro Sistema Solar. Sin embargo, la fuente de origen de estos neutrinos continuaba siendo una incógnita. ¿Cómo hacer para averiguar de dónde provienen estos mensajeros cósmicos?

Los seres humanos tenemos cinco sentidos, que utilizamos para obtener distinta información de nuestro alrededor. Si miramos una naranja, sabemos qué color tiene, qué forma… pero no es hasta que la degustamos, tocamos y olemos que obtenemos información sobre su sabor, textura y olor. De manera similar, en Astrofísica podemos utilizar diversos “sentidos”. Tradicionalmente hemos utilizado la luz como nuestro único mensajero, nuestro sentido principal, observando el Universo no solo en el rango visible, sino a energías más bajas (en infrarrojo, radio…) o energías más altas (rayos-X, rayos gamma…). Al combinar luz a distintas energías (o frecuencias) obtenemos diferente información del objeto celeste que estamos observando. Pero podemos utilizar más “sentidos”, más mensajeros: partículas como los neutrinos o los rayos cósmicos (que son básicamente protones o núcleos de átomos) o incluso las recientemente detectadas ondas gravitacionales. Así nace la Astrofísica multi-mensajero: observar el Universo con todas las herramientas de que disponemos para desvelar la cara oculta del mismo.

Y el gran día llegó el 22 de septiembre de 2017: IceCube detecta un neutrino de alta energía y, automáticamente, manda un aviso al resto de telescopios del mundo, para buscar una contrapartida en forma de luz. Días más tarde, el 28 de septiembre, el satélite Fermi-LAT, que orbita la Tierra desde 2008, detecta rayos gamma de alta energía en una región del espacio compatible con la dirección de donde se cree que provenía el neutrino.  El 4 de octubre los telescopios MAGIC, localizados en el Roque de los Muchachos, detectan rayos gamma de muy alta energía en la misma dirección. Con esto, se localiza por primera vez en la historia la fuente de origen de un neutrino de alta energía: TXS 0506+056, en la constelación de Orión.

TXS 0506+056 es una galaxia que tiene un agujero negro supermasivo en su centro (con una masa millones de veces la de nuestro Sol) que engulle lo que encuentra a su alrededor. En este proceso se liberan grandes cantidades de energía, que se despide en forma de chorros de partículas que viajan a velocidades extremas, cercanas a la de la luz. En el caso de TXS 0506+056, estos chorros están apuntando directamente hacia la Tierra, lo que conocemos como blazar. Con esta detección hemos averiguado que en estos chorros se aceleran partículas como los neutrinos y se emiten rayos gamma.

Para poder confirmar que TXS 0506+056 es la fuente origen del neutrino cósmico, la detección hecha por los telescopios MAGIC, esos gigantes que habitan en La Palma, ha sido crucial. Los dos telescopios MAGIC detectan rayos gamma de muy alta energía: un fotón gamma tiene entre cien y mil millones de veces la energía de un fotón de luz visible, la luz que vemos con nuestros ojos. El hecho de que MAGIC haya detectado luz a estas energías tan elevadas en una dirección compatible con la del neutrino, ha permitido identificar TXS 0506+056 como la fuente madre del neutrino y además estudiar el mecanismo que lo creó.

Esta detección es solo la continuación de una historia que comenzó hace unos 4500 millones de años, cuando el Sol era joven y en la Tierra ni siquiera existía la vida. En ese instante, un agujero negro supermasivo despidió un chorro muy energético de partículas que produjo luz y neutrinos. Durante 4500 millones de años uno de estos neutrinos abandonó su galaxia, atravesó el Cosmos hasta llegar a la Vía Láctea, cruzó la Tierra desapercibido e interactuó con un único átomo en un detector de IceCube. Parece casualidad, pero es Ciencia.

Alicia López Oramas es natural de Tacoronte, Tenerife. Cursó la Licenciatura en Física y el Máster de Astrofísica en la Universidad de La Laguna y realizó su doctorado en el Instituto de Física de Altas Energías en Barcelona. A continuación se trasladó a París (Francia) con una beca de postdoctorado del Centro Nacional de Estudios Espaciales. Actualmente trabaja en el grupo de Astropartículas del Instituto de Astrofísica de Canarias. Es miembro de la colaboración MAGIC, que cuenta con dos telescopios tipo Cherenkov en La Palma, y del consorcio CTA, que lleva a cabo la construcción del observatorio de rayos gamma del mismo nombre en La Palma y Chile.

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