{"id":316038,"date":"2019-12-17T15:15:40","date_gmt":"2019-12-17T18:15:40","guid":{"rendered":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/?p=316038"},"modified":"2019-12-19T15:35:11","modified_gmt":"2019-12-19T18:35:11","slug":"acelerador-cosmico","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/acelerador-cosmico\/","title":{"rendered":"Acelerador c\u00f3smico"},"content":{"rendered":"

Dos estudios publicados en julio en la revista cient\u00edfica Science<\/em> muestran evidencias s\u00f3lidas de la primera fuente documentada de neutrinos de alta energ\u00eda y, por ende, tambi\u00e9n de rayos c\u00f3smicos de alta energ\u00eda, las part\u00edculas m\u00e1s potentes del Universo, provenientes de fuera de la V\u00eda L\u00e1ctea. Se trata de un tipo espec\u00edfico de galaxia el\u00edptica gigante, con un agujero negro activo en su centro, denominado blazar TXS 0506+056, que se sit\u00faa en la constelaci\u00f3n de Ori\u00f3n, la misma de las famosas estrellas Tres Mar\u00edas, y est\u00e1 ubicada a unos 4.000 millones de a\u00f1os luz de la Tierra. Esta conclusi\u00f3n es fruto de evidencias acumuladas por cient\u00edficos de 17 equipos internacionales, que empezaron a colaborar intensamente tras la detecci\u00f3n de una \u00fanica part\u00edcula energ\u00e9tica, un neutrino, el d\u00eda 22 de septiembre de 2017.<\/p>\n

La medici\u00f3n original que desencaden\u00f3 el esfuerzo conjunto fue del Observatorio de Neutrinos IceCube, una red de 5.160 detectores instalados bajo 1.000 millones de toneladas de hielo, construida cerca del polo Sur, en la Ant\u00e1rtida. M\u00e1s f\u00e1ciles de detectar, los neutrinos de alta energ\u00eda son considerados marcadores del origen de los rayos c\u00f3smicos. Los mismos objetos celestes que producen esos neutrinos ser\u00edan los responsables de disparar los rayos c\u00f3smicos. Por lo tanto, los estudios indican que una de las posibles fuentes de esas part\u00edculas altamente energ\u00e9ticas son los agujeros negros gigantes situados en el centro de galaxias activas a miles de millones de a\u00f1os luz de distancia de la V\u00eda L\u00e1ctea.<\/p>\n

El descubrimiento de los neutrinos de alta energ\u00eda, anunciado el d\u00eda 12 de julio, se celebr\u00f3 como un ejemplo m\u00e1s de la llamada astronom\u00eda multimensajero, en la que los cient\u00edficos al\u00edan observaciones de radiaci\u00f3n electromagn\u00e9tica de distintas energ\u00edas con la detecci\u00f3n de otras part\u00edculas y ondas emitidas por los cuerpos celestes. Durante la conferencia de prensa, una de las coordinadoras del IceCube, la f\u00edsica Olga Botner, de la Universidad de Upsalla, en Suecia, record\u00f3 que, el a\u00f1o pasado, la combinaci\u00f3n de observaciones de radiaci\u00f3n electromagn\u00e9tica y de ondas gravitacionales permiti\u00f3 detectar el choque explosivo de dos estrellas de neutrones y estudiar en detalles las consecuencias de ese tipo de colisi\u00f3n, fuente de elementos qu\u00edmicos pesados del Universo<\/a>, como el oro. \u201cA\u00fan no hemos detectado neutrinos en conexi\u00f3n con ondas gravitacionales\u201d, declar\u00f3 Olga Botner, \u201cpero creemos que ese descubrimiento ocurrir\u00e1 pronto\u201d.<\/p>\n

La informaci\u00f3n obtenida hasta ahora corrobora la hip\u00f3tesis de que los agujeros negros funcionar\u00edan como potentes aceleradores c\u00f3smicos de part\u00edculas, que alcanzar\u00edan energ\u00edas de millones a miles de millones de veces superiores a las producidas en los mayores equipamientos ya construidos por la ciencia. Los rayos c\u00f3smicos, descubiertos en 1912 por el f\u00edsico austr\u00edaco Victor Hess, son part\u00edculas cargadas el\u00e9ctricamente provenientes del espacio con velocidades cercanas a la de la luz. Pueden ser electrones (part\u00edculas de carga el\u00e9ctrica negativa), protones (de carga el\u00e9ctrica positiva) o n\u00facleos at\u00f3micos, conjuntos de protones y neutrones. La mayor\u00eda de los rayos c\u00f3smicos de energ\u00eda m\u00e1s baja se generan y se aceleran en explosiones estelares en la V\u00eda L\u00e1ctea. En cambio, los m\u00e1s energ\u00e9ticos ser\u00edan protones o n\u00facleos at\u00f3micos provenientes de lugares muy lejanos, ubicados fuera de nuestra galaxia. El principal reto de determinar su origen reside en que, por tratarse de part\u00edculas cargadas el\u00e9ctricamente, no viajan en l\u00ednea recta: su trayectoria se ve desviada cuando atraviesan campos magn\u00e9ticos situados dentro y fuera de las galaxias.<\/p>\n

Los neutrinos y los rayos c\u00f3smicos de alta energ\u00eda ser\u00edan emitidos por los mismos tipos de objetos celestes, como el blazar de la constelaci\u00f3n de Ori\u00f3n<\/p><\/blockquote>\n

Una manera de sortear ese problema consiste en observar neutrinos de alta energ\u00eda, el objetivo principal del IceCube, que opera desde 2003 en la Ant\u00e1rtida, con el apoyo econ\u00f3mico de la National Science Foundation y de otras instituciones de fomento de la investigaci\u00f3n cient\u00edfica de Estados Unidos y de 10 pa\u00edses m\u00e1s. Los neutrinos tienen una masa \u00ednfima, carga el\u00e9ctrica nula y, por ende, casi no interact\u00faan con la materia. Esas caracter\u00edsticas permiten que viajen por el espacio en l\u00ednea recta, atravesando casi todo lo que encuentran por el camino sin ser perturbados, raz\u00f3n por la cual se los llama part\u00edculas fantasmas. En 2013, un estudio de la colaboraci\u00f3n internacional del IceCube permiti\u00f3 arribar a la conclusi\u00f3n de que algunos de los neutrinos de alta energ\u00eda observados en la Tierra provendr\u00edan de fuera de la galaxia y ser\u00edan producidos por los mismos fen\u00f3menos que generan los rayos c\u00f3smicos. De este modo, trazar el origen de esos neutrinos extragal\u00e1cticos llevar\u00eda tambi\u00e9n al origen de los rayos c\u00f3smicos de alta energ\u00eda.<\/p>\n

En septiembre de 2017, los detectores del IceCube registraron una se\u00f1al que indicaba el paso de un \u00fanico neutrino con energ\u00eda de 290 teraelectronvoltios (TeV), 40 veces la de los protones acelerados en el Large Hadron Collider (LHC), el mayor acelerador de part\u00edculas del mundo, instalado en la frontera de Suiza con Francia. Al rehacer el recorrido del neutrino en los detectores del IceCube, los cient\u00edficos verificaron que su origen ser\u00eda un punto del cielo en la constelaci\u00f3n de Ori\u00f3n.<\/p>\n

Inmediatamente despu\u00e9s de la detecci\u00f3n, el equipo del IceCube divulg\u00f3 un alerta pidiendo que la comunidad astron\u00f3mica mundial apuntara sus telescopios hacia aquella regi\u00f3n. Segundos antes del alerta del IceCube, sin embargo, la coordinaci\u00f3n que opera el telescopio de gran \u00e1rea (LAT) del sat\u00e9lite Fermi, de la Nasa, ya hab\u00eda enviado otro alerta, avisando que, en la misma regi\u00f3n del cielo indicada por el IceCube, una fuente de rayos gamma, una forma de luz (radiaci\u00f3n electromagn\u00e9tica) sumamente energ\u00e9tica, hab\u00eda aumentado en casi cinco veces su brillo.<\/p>\n

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IceCube \/ NASA <\/span><\/a> Ilustraci\u00f3n de un blazar, galaxia con un agujero negro que emite neutrinos y rayos gamma en direcci\u00f3n a la TierraIceCube \/ NASA <\/span><\/p><\/div>\n

\u201cCuando el IceCube emiti\u00f3 el aviso, la comunidad de observatorios de rayos gamma ya estaba lista\u201d, relata Ulisses Almeida, investigador del Centro Brasile\u00f1o de Investigaciones F\u00edsicas (CBPF), con sede en R\u00edo de Janeiro. Almeida colabora con el equipo que controla el telescopio Magic, emplazado en las Islas Canarias, un observatorio de rayos gamma que contribuy\u00f3 con uno de los estudios publicados en la Science<\/em>. \u201cEra una fuente de rayos gamma cuyo brillo var\u00eda mucho, monitoreada rutinariamente desde hace a\u00f1os por el equipo del Fermi-LAT.\u201d<\/p>\n

Tras los alertas del IceCube y del Fermi, 17 observatorios alrededor del mundo siguieron las variaciones de brillo de la fuente de rayos gamma, conocida por la sigla TXS 0506+056. Las observaciones confirmaron que tal fuente emite radiaci\u00f3n en todas las franjas de energ\u00eda del espectro electromagn\u00e9tico, desde las m\u00e1s bajas (ondas de radio) hasta las m\u00e1s altas (rayos X y gamma). Combinando los datos de estas observaciones, los astrof\u00edsicos arribaron a la conclusi\u00f3n que la fuente de toda la radiaci\u00f3n observada es el chorro de una galaxia con n\u00facleo activo y situada a 4 mil millones de a\u00f1os luz de distancia de la Tierra.<\/p>\n

Chorros en direcci\u00f3n a la Tierra<\/strong>
\nUna galaxia con n\u00facleo activo puede albergar en su centro un agujero negro de masa muy elevada (equivalente a la de miles de millones de soles), que consume constantemente materia en la forma de gas incandescente y cargada el\u00e9ctricamente. Ese gas gira y se acumula en un disco en torno al agujero negro. \u201cDos chorros opuestos y perpendiculares al disco son creados por campos magn\u00e9ticos que canalizan y aceleran una porci\u00f3n del gas hacia fuera de la galaxia\u201d, explica Almeida. \u201cEsos chorros son m\u00e1s extensos y brillantes que la propia galaxia. Y, en el caso del blazar TXS 0506+056, el chorro apunta directamente hacia la Tierra\u201d. Los astr\u00f3nomos denominan blazares a los n\u00facleos gal\u00e1cticos activos con chorros direccionados hacia el planeta. Esa caracter\u00edstica permite que tanto la radiaci\u00f3n electromagn\u00e9tica como los neutrinos producidos a lo largo del chorro lleguen al planeta despu\u00e9s de viajar miles de millones de a\u00f1os en l\u00ednea recta.<\/p>\n

Dos coincidencias les permitieron a los cient\u00edficos conectar el origen del neutrino al blazar: la detecci\u00f3n de la part\u00edcula ocurri\u00f3 simult\u00e1neamente al aumento de brillo del TXS 0506+056 y tanto el neutrino como la radiaci\u00f3n llegaron provenientes de la misma regi\u00f3n del espacio. Seg\u00fan Almeida, esa detecci\u00f3n del origen de los neutrinos de alta energ\u00eda cambia la comprensi\u00f3n referente a la composici\u00f3n de los chorros del blazar. \u201cComo los neutrinos solo pueden ser producidos por protones y n\u00facleos at\u00f3micos acelerados a velocidades cercanas a la de la luz, el chorro debe componerse no solo de electrones, como suele asumir la mayor\u00eda de los investigadores, sino tambi\u00e9n de esas part\u00edculas\u201d, aclara en investigador del CBPF. \u201cPor lo tanto, el chorro ser\u00eda un acelerador de rayos c\u00f3smicos\u201d.<\/p>\n

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Nicolle R. Fuller \/NSF \/ IceCube<\/span><\/a> Cuando un neutrino interact\u00faa con el hielo ant\u00e1rtico, se producen part\u00edculas secundarias que dejan una estela de luz azul al recorrer el detector del IceCube, tal como se muestra en la ilustraci\u00f3nNicolle R. Fuller \/NSF \/ IceCube<\/span><\/p><\/div>\n

\u00bfSer\u00eda esa coincidencia un mero fruto del azar? Para disminuir el riesgo de estar alimentando una ilusi\u00f3n, los investigadores analizaron los datos recabados durante 10 a\u00f1os por el IceCube en busca de m\u00e1s detecciones de neutrinos de alta energ\u00eda provenientes de la regi\u00f3n del blazar TXS 0506+056. Desde septiembre de 2014 hasta marzo de 2015, una docena de neutrinos, posiblemente provenientes de aquel mismo punto en el cielo, atravesaron los detectores ocultos en el hielo de la Ant\u00e1rtida, pero dejaron una estela m\u00e1s difusa.<\/p>\n

Simult\u00e1neamente, el astrof\u00edsico Bruno Arsioli, experto en la identificaci\u00f3n de blazares en los datos del telescopio Fermi-LAT, quien actualmente realiza una pasant\u00eda de posdoctorado en la Universidad de Campinas (Unicamp), colabor\u00f3 con un equipo de la Universidad T\u00e9cnica de M\u00fanich, Alemania, en la b\u00fasqueda de otros blazares activos en aquella localizaci\u00f3n en el mismo per\u00edodo. \u201cArribamos a la conclusi\u00f3n de que el TXS 0506+056 estuvo activo y fue la fuente predominante desde el punto de vista energ\u00e9tico, produciendo los rayos gamma m\u00e1s extremos observados por el Fermi-LAT en aquella regi\u00f3n del cielo entre 2014 y 2015\u201d, relata Arsioli. \u201cEstudios anteriores ya hab\u00edan intentado relacionar los neutrinos de alta energ\u00eda con los blazares, pero siempre analizando un \u00fanico evento de coincidencia entre la detecci\u00f3n de un neutrino y el aumento del brillo de ese tipo de galaxia. Esta es la primera vez que dos observaciones relevantes de neutrinos son relacionadas con un mismo blazar.\u201d<\/p>\n

Pierre Auger<\/strong>
\nLos rayos c\u00f3smicos m\u00e1s energ\u00e9ticos ya observados, con energ\u00eda superior a millones de TeV, constituyen el foco de otro experimento internacional: el del Observatorio Pierre Auger, instalado desde 2004 en la provincia de Mendoza, oeste de Argentina. Por ser a\u00fan m\u00e1s energ\u00e9ticos, esos rayos c\u00f3smicos ser\u00edan menos afectados por los campos magn\u00e9ticos que encontraran por el camino y, por lo tanto, har\u00edan un viaje casi en l\u00ednea recta desde su fuente de origen hasta la Tierra. Los investigadores llegaron a vislumbrar una correspondencia entre la posici\u00f3n en el cielo de algunos n\u00facleos activos de galaxias y la direcci\u00f3n de algunos rayos c\u00f3smicos detectados por el Pierre Auger hasta 2007. Los datos de las observaciones subsiguientes, empero, no confirmaron esta correspondencia. Un an\u00e1lisis de todos sus datos acumulados hasta 2017 confirm\u00f3 que los rayos c\u00f3smicos ultraenerg\u00e9ticos provienen de fuera da V\u00eda L\u00e1ctea.<\/p>\n

\u201cEl blazar TXS 0506+056 se ubica dentro del campo de visi\u00f3n de nuestro observatorio\u201d, afirma la f\u00edsica Carola Chinellato, de la Unicamp, l\u00edder del grupo brasile\u00f1o que participa del Pierre Auger. La cient\u00edfica explica que, adem\u00e1s de los rayos c\u00f3smicos, el Pierre Auger logra detectar neutrinos, pero solamente con energ\u00edas superiores a 100 mil TeV, m\u00e1s altas que las registradas por el IceCube. \u201cYa hemos estudiado ese blazar como parte del an\u00e1lisis de fuentes puntuales que est\u00e1 en curso y no encontramos ning\u00fan candidato a neutrino proveniente de aquella direcci\u00f3n\u201d, asevera la f\u00edsica.<\/p>\n

Art\u00edculos cient\u00edficos<\/strong>
\nThe IceCube Collaboration et al<\/em>. Multimessenger observations of a flaring blazar coincident with high-energy neutrino IceCube-170922A<\/a>. Science<\/strong>. On-line. 12 jul. 2018.
\nIceCube Collaboration. Neutrino emission from the direction of the blazar TXS 0506+056 prior to the IceCube-170922A alert<\/a>. Science<\/strong>. On-line. 12 jul. 2018.
\nBERNARDINI, E. et al.<\/em> The blazar TXS 0506+056 associated with a high-energy neutrino: Insights into extragalactic jets and cosmic ray acceleration<\/a>. The Astrophysical Journal Letters<\/strong>. No prelo.
\nPADOVANI, P.\u00a0et al<\/em>.\u00a0Dissecting the region around IceCube-170922A: the blazar\u00a0TXS 0506+056 as the first cosmic neutrino source<\/a>.\u00a0Monthly Notices of the Royal Astronomical Society<\/strong>. No prelo.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"Un agujero negro gigante situado fuera de la V\u00eda L\u00e1ctea es la primera fuente confirmada de neutrinos de alta energ\u00eda","protected":false},"author":14,"featured_media":316059,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"_exactmetrics_skip_tracking":false,"_exactmetrics_sitenote_active":false,"_exactmetrics_sitenote_note":"","_exactmetrics_sitenote_category":0,"footnotes":""},"categories":[181],"tags":[274,304],"coauthors":[103],"class_list":["post-316038","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-ciencia-es","tag-astronomia-es","tag-fisica-es"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/316038","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/users\/14"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=316038"}],"version-history":[{"count":4,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/316038\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":316373,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/316038\/revisions\/316373"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media\/316059"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=316038"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=316038"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=316038"},{"taxonomy":"author","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/coauthors?post=316038"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}