Nou pas endavant per a l’Astronomia Multimissatger, una nova orientació de la disciplina que millora la comprensió de l'univers. Dos dels principals ‘telescopis’ del món busquen neutrins d'origen astrofísic, que contenen valuosa informació sobre la rodalia de forats negres i supernoves, entre altres fenòmens extrems. Liderat per Giulia Illuminati, investigadora de l’IFIC, l'estudi ha sigut publicat en The Astrophysical Journal.
Es tracta d'un estudi conjunt dels experiments IceCube i ANTARES destinat a buscar neutrins d'origen astrofísic. Dos dels principals ‘telescopis’ del món cerquen aquest tipus de partícules elementals que contenen valuosa informació al voltant dels llocs del cosmos on es generen, com són la rodalia de forats negres o les supernoves. L'estudi està liderat per Giulia Illuminati, investigadora predoctoral de l'Institut de Física Corpuscular (IFIC, Universitat de València-CSIC), centre d'investigació que lidera la participació espanyola en ANTARES i en el seu successor, KM3NeT.
L'astronomia ja no observa l'univers només mitjançant l'espectre electromagnètic (llum, infrarojos o ones de ràdio). Els avanços en la física i la tecnologia permeten utilitzar altres fonts com ara els neutrins. Aquest tipus de partícula elemental és un missatger fidel que conté valuosa informació dels llocs on es produeixen aquests.
Per les seues peculiars característiques (no tenen càrrega elèctrica i quasi no tenen massa), els neutrins viatgen directament fins nosaltres des del seu origen, per la qual cosa són una eina molt útil per a identificar on es produeixen aquests successos.
No obstant això, les seues propietats també els fan molt difícils de detectar. Per a això, els experiments utilitzen grans volums de matèria, tot esperant que un d'aquests neutrins d'origen astrofísic interaccione deixant un senyal en els seus detectors. Un d'aquests és IceCube, que desplega més de 5.000 detectors òptics en un quilòmetre cúbic de gel de l'Antàrtida. Un altre és ANTARES, que abasta prop de 1.000 detectors en el fons de la mar Mediterrània, al costat de la costa francesa.
Tots dos porten més d'una dècada prenent dades. IceCube va ser el primer experiment capaç de detectar neutrins de molt alta energia, l'origen de la qual estava fóra del nostre sistema solar. (Veure NOTA 1). Però l'origen de la majoria dels neutrins astrofísics observats per IceCube continua sent desconegut, cosa que estimula la realització d’estudis addicionals.
Ací és on cobra importància el treball realitzat per Giulia Illuminati dins el grup d’ANTARES-KM3NeT de l'Institut de Física Corpuscular. La investigadora ha liderat fins a cinc anàlisis que combinen dades d’IceCube i d’ANTARES per a buscar l'origen dels neutrins astrofísics. “La raó per a fer això és que els dos telescopis es complementen gràcies a les seues diferents característiques, en particular al major volum d’IceCube i a la vista privilegiada del cel de l'Hemisferi Sud que proporciona ANTARES”, explica Illuminati. (Veure NOTA 2)
Encara que les anàlisis no van trobar cap emissió significativa de neutrins procedent dels llocs explorats, aquests han servit per a demostrar el potencial que suposa realitzar cerques conjuntes amb tots dos experiments per a aconseguir descobriments futurs. “Per a descobrir una font de neutrins dins l'àrea del centre galàctic, només necessitaríem observar la meitat del flux de neutrins en comparació amb allò que cada experiment ha d'observar per separat”, assegura la investigadora de l’IFIC. Això suposa duplicar la sensibilitat d’ambdòs experiments de manera conjunta. Amb la posada en marxa de KM3NeT -que desplegarà més de 10.000 sensors en diferents llocs del Mediterrani i les primeres línies del qual s'han instal·lat i estan prenent dades- i la pròxima millora d’IceCube, el potencial de les anàlisis conjuntes sembla clar.
NOTA 1: A més, va ser el primer telescopi a observar una associació convincent de neutrins astrofísics amb una font còsmica individual, el blazar TXS 0506+056 (un blazar és una font d'energia molt compacta i variable, associada a un forat negre en el centre d'una galàxia).
NOTA 2: Les dues primeres anàlisis consistiren en l'exploració completa del cel de l'Hemisferi Sud i d'una regió restringida al voltant del centre de la nostra galàxia, on es creu que hi ha un forat negre supermassiu. En la tercera anàlisi, es van investigar les posicions d'una llista de 57 objectes astrofísics coneguts per la seua emissió de raigs gamma (a la qual s'associa també la producció de neutrins). Finalment, es van dur a terme dues cerques de la ubicació de dos candidats prometedors a ser fonts de neutrins: la font de ràdio Sagitari A (associada al forat negre supermassiu del centre de la Via Làctia) i el romanent de supernova RXJ 1713.7-3946. “Atés que els voltants dels forats negres supermassius són un lloc on molt probablement es produeix l'acceleració de raigs còsmics de molt alta energia, i, per tant, possibles fonts de neutrins còsmics, Sagitari A, situat en el centre de la nostra galàxia, és un candidat de particular interés”, justifica Illuminati. “Els romanents de supernova són els candidats més prometedors per a l'acceleració dels raigs còsmics galàctics. Per tant, el romanent de supernova RX J1713.7–3946, que és l'objecte més brillant d'aquest tipus en el cel observat en raigs gamma amb energies del TeV, representa un objectiu particularment interessant per a la cerca de neutrins còsmics”, assenyala.
“ANTARES and IceCube Combined Search for Neutrino Point-like and Extended Sources in the Southern Sky”, ANTARES and IceCube Collaboration. https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ab7afb
Més informació: https://icecube.wisc.edu/news/view/710