Neutrinos “fantasmagóricos” nos ajudam a ver nossa Via Láctea como nunca antes
Como disse Marcel Proust, “A verdadeira viagem de descoberta... consiste não em buscar novas paisagens, mas em ter novos olhos”.
- Uma fotografia única da Via Láctea foi capturada usando o detector IceCube, que observa neutrinos de alta energia do espaço.
- Embora o processo exato de criação de neutrinos galácticos de alta energia permaneça incerto, acredita-se que eles resultem de interações entre raios gama e gás hidrogênio no espaço.
- As observações atuais mostram uma correlação entre as fontes de emissão de raios gama e neutrinos, mas há uma discrepância nas taxas esperadas e observadas de neutrinos de alta energia.
Em 1923, o escritor francês Marcel Proust publicou o quinto livro de seu épico de sete volumes. Lembrança de Coisas Passadas . Nele, ele escreveu uma passagem que ao longo do tempo foi parafraseada como “a verdadeira viagem de descoberta consiste… não em procurar novas paisagens, mas em ter novos olhos”. Esta é uma mensagem que os astrônomos conhecem há muito tempo, e foi demonstrada mais uma vez em um anúncio recente de uma fotografia nova e única da Via Láctea. Esta imagem abre uma maneira totalmente diferente de entender nosso ambiente galáctico.
De fótons a neutrinos
Desde tempos imemoriais, os astrônomos observaram o céu usando o espectro eletromagnético, desde a olho nu da pré-história até o primeiro uso de telescópio em 1610. Isso foi seguido por ondas de rádio em 1932 e raios gama na década de 1960. Mas a radiação eletromagnética (cuja forma de partícula é um fóton) não é a única coisa que pode atravessar o espaço interestelar. Outro mensageiro é o enigmático neutrino, partícula emitida em alguns tipos de decaimento nuclear.
Os pesquisadores usaram o Cubo de gelo detector para procurar neutrinos muito energéticos vindos do espaço profundo. O IceCube é enorme: é composto por um quilômetro cúbico de gelo localizado no Pólo Sul. Os neutrinos do espaço passam pela atmosfera e interagem no gelo. Essas interações depositam muita energia, que é convertida em um piscar de luz de curta duração. Usando uma variedade de padrões de piscadas, os pesquisadores são capazes de descobrir a direção de onde vinha o neutrino original.
Essa medição foi muito difícil. Neutrinos são emitidos por reações nucleares, e o maior reator nuclear próximo é o sol. Com efeito, todas as estrelas emitem neutrinos, embora a energia dos neutrinos emitidos pelas estrelas tenda a ser muito inferior àquela que o detector IceCube procurava. No entanto, a taxa na qual os neutrinos de baixa energia foram detectados foi muito maior do que os de alta energia. Desenterrar o sinal de alta energia exigiu dez anos de dados e técnicas avançadas de IA.
O trabalho árduo valeu a pena, produzindo um conjunto de dados com cerca de 60.000 instâncias de neutrinos de alta energia do espaço. Como os neutrinos são emitidos por objetos astronômicos, os pesquisadores esperavam que as fontes mais frequentes de neutrinos de alta energia estivessem no plano da Via Láctea, e foi isso que eles descobriram.
Raios gama e neutrinos de alta energia
O processo pelo qual os neutrinos galácticos de alta energia são criados ainda não é completamente compreendido. Acredita-se que eles não se originam diretamente dentro de estrelas, supernovas ou outros objetos astronômicos. Em vez disso, os astrônomos pensam que os raios gama são a fonte. Os raios gama são uma forma de radiação eletromagnética de alta energia, muito mais poderosa que os raios X. Eles são emitidos por estrelas muito quentes e massivas, bem como pelo gás extremamente quente que envolve um buraco negro.
Esses raios gama voam pelo espaço e ocasionalmente interagem com o gás hidrogênio flutuando entre as estrelas. Acredita-se que a interação entre raios gama e núcleos de hidrogênio produza o tipo de neutrinos de alta energia observados pelo IceCube.
Pesquisadores testaram essa hipótese e descobriram que ela parece ser mais ou menos verdadeira. Os raios gama mais energéticos e os neutrinos de alta energia parecem vir dos mesmos locais no espaço. No entanto, as evidências não são definitivas. Embora os astrônomos possam determinar com muita precisão a origem dos raios gama, eles não alcançaram a mesma precisão para os neutrinos. Quando um neutrino de alta energia é detectado no IceCube, a direção original de viagem do neutrino só pode ser determinada com uma precisão de cerca de cinco graus. Isso é suficiente para estabelecer apenas uma correlação aproximada entre fontes de raios gama e emissão de neutrinos.
Quando os pesquisadores usam o conhecido padrão de emissão de raios gama na Via Láctea para prever a taxa esperada de produção de neutrinos de alta energia, eles descobrem que mais neutrinos são detectados do que o esperado. Essa discrepância tem chamado a atenção de astrônomos, que tentam entender de onde vem o inesperado excesso de neutrinos de alta energia.
Novos olhos frescos
A história da ciência está cheia de exemplos em que novos recursos de detectores levaram a uma melhor compreensão do Universo ao nosso redor. Com a capacidade de visualizar neutrinos cósmicos agora disponível, os astrônomos esperam aprender mais sobre os segredos de nossa galáxia. No futuro, uma versão maior do IceCube – esta usando dez quilômetros cúbicos de gelo antártico – fornecerá uma janela ainda maior para o cosmos.
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