Astrofísicos descubren el origen de las extrañas «partículas fantasma» del espacio profundo

El hallazgo arroja luz sobre algunos de los misterios más tentadores de nuestro universo, como el origen de las partículas llamadas rayos cósmicos.

Ilustración artística de un blazar que acelera los neutrinos y los rayos cósmicos a enormes velocidades.

Científicos han descubierto que un tipo especial de «partícula fantasma», los neutrinos de alta energía, y los rayos cósmicos –partículas cargadas que bombardean la Tierra desde el espacio profundo y que viajan hasta casi la velocidad de la luz–, se originan en los blazares, los agujeros negros supermasivos activos situados en el centro de galaxias lejanas cuyo chorro de materia ionizada apunta casi hacia nosotros.

Durante más de un siglo, los astrofísicos han intentado determinar el origen de esas partículas extremadamente energéticas, que son hasta un millón de veces más energéticas que todo lo que consigue el acelerador de partículas más potente del mundo, el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), cerca de Ginebra (Suiza). 

Además, hasta la fecha ha sido un misterio determinar qué las impulsa con tanta fuerza como para que viajen miles de millones de años luz.

Investigación sobre múltiples mensajeros

Ahora, resolver el viejo misterio podría estar un paso más cerca gracias a una nueva investigación sobre múltiples mensajeros realizada por un equipo de científicos.

La gran dificultad de determinar el origen de estos rayos cósmicos está en que estos consisten en partículas cargadas eléctricamente, lo que significa que mientras viajan, son desviados repetidamente por los campos magnéticos de las galaxias.

Sin embargo, un equipo de astrofísicos cree que algunos de los procesos y acontecimientos que lanzan los rayos cósmicos también expulsan neutrinos astrofísicos, y estas partículas «fantasmas» podrían utilizarse como «mensajeros» para resolver este rompecabezas, según explica Space.com. 

«Los neutrinos astrofísicos se producen exclusivamente en procesos que implican la aceleración de los rayos cósmicos», afirma en un comunicado la profesora de astrofísica de la Universidad Julius-Maximilians (JMU) de Würzburg, Sara Buson, miembro del equipo.

«Partículas fantasma»

Los neutrinos tienen masas diminutas y no tienen carga, lo que les permite viajar a través de galaxias y planetas sin obstáculos. Es más, cada segundo, unos 100 billones de neutrinos atraviesan nuestro cuerpo sin dejar rastro.

Así, al no tener carga, los neutrinos no experimentan las mismas desviaciones que los rayos cósmicos, lo que significa que sus fuentes pueden ser localizadas con mayor precisión.

Antiguas dudas sobre si los blazares son aceleradores de rayos cósmicos

En 2017, el Observatorio de Neutrinos IceCube –el detector de neutrinos más sensible actualmente en funcionamiento–, enterrado en las profundidades del hielo del Polo Sur, detectó un neutrino. Los científicos lo rastrearon hasta el blazar TXS 0506+056. 

En aquel entonces, la publicación en la revista Science suscitó un debate científico sobre si los blazares son aceleradores de rayos cósmicos.

Ahora, según el comunicado de prensa, utilizando los datos de neutrinos obtenidos por IceCube y un catálogo de objetos astrofísicos identificados con seguridad como blazares, el profesor asociado de Física y Astronomía de la Universidad de Clemson, Marco Ajello, y sus colegas encontraron pruebas contundentes de que un subconjunto de blazares originó los neutrinos de alta energía observados. 

Sus hallazgos, publicados en The Astrophysical Journal Letters, informan de que la probabilidad de que esto sea una coincidencia es de menos de una entre un millón.

«Ya tuvimos un indicio en su momento (en 2017), y ahora tenemos pruebas», dijo Ajello.

«Los resultados proporcionan, por primera vez, evidencia observacional incontrovertible de que la submuestra de blazares PeVatron son fuentes de neutrinos extragalácticos y, por lo tanto, aceleradores de rayos cósmicos», dijo, por su parte, Buson.

Agujeros negro supermasivo

Esto podría ser el resultado de cómo el agujero negro supermasivo que se encuentra en el corazón de un blazar «mastica» la materia como el gas y el polvo que los rodea antes de ser «alimentado» –o acrecido– a su superficie.

Los agujeros negros en rotación arrastran el tejido del espacio-tiempo con ellos, un efecto llamado «marco de arrastre» («frame-dragging») o «precesión de la lente-tornillo» («Lense-Thirring precession»), que hace que la materia que los rodea no pueda permanecer quieta, lo que facilita la aceleración de las partículas.

«‘Piedra Rosetta’ de la astrofísica de altas energías»

«El proceso de acreción y la rotación del agujero negro conducen a la formación de chorros relativistas, en los que las partículas se aceleran y emiten radiación hasta energías mil millones [de veces superiores] a la de la luz visible», explicó, por su parte, Andrea Tramacere, miembro del equipo y científico del departamento de astronomía de la Universidad de Ginebra. 

«El descubrimiento de la conexión entre estos objetos y los rayos cósmicos puede ser la ‘piedra Rosetta’ de la astrofísica de altas energías», agregó.

Según Tramacere, el siguiente paso de esta investigación es investigar la diferencia entre los tipos de blazares que emiten neutrinos y los que no.

Del mismo modo, según Tramacere, el descubrimiento de estas fábricas de neutrinos de alta energía representa un hito importante para la astrofísica. «Nos sitúa un paso adelante en la resolución del centenario misterio del origen de los rayos cósmicos», dijo.

Ajello dijo que los investigadores estudiarán ahora esos blazares para entender qué los hace buenos aceleradores.

(DW)

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