Fuente: IceCube Collaboration/Science Communication Lab para CRC 1491
Nuestra Vía Láctea es una característica impresionante del cielo nocturno, visible a simple vista como una banda nebulosa de estrellas que se extiende de horizonte a horizonte.
Por primera vez, el Observatorio de Neutrinos IceCube en la Antártida ha creado una imagen de la Vía Láctea utilizando neutrinos, pequeños mensajeros astronómicos con forma de fantasma.
En un estudio publicado el 29 de junio en la revista CienciaLa Colaboración IceCube, un grupo internacional de más de 350 científicos, presenta evidencia de la emisión de neutrinos de alta energía de la Vía Láctea.
Todavía no hemos determinado exactamente de dónde provienen estas partículas en nuestra galaxia. Pero el resultado de hoy nos acerca a encontrar algunos de los entornos más extremos de la galaxia.
astronomía de neutrinos
Los neutrinos ofrecen una vista única del cosmos porque pueden viajar directamente desde lugares donde ninguna otra radiación o partículas pueden escapar. Esto los hace de gran interés para los astrónomos, ya que los neutrinos ofrecen información sobre entornos cósmicos extremos donde se produce otro tipo de partículas llamadas rayos cósmicos.
Los rayos cósmicos son partículas de alta energía que impregnan nuestro universo, pero su origen es difícil de determinar. Los rayos cósmicos están cargados eléctricamente, lo que significa que su camino a través del espacio se ve interrumpido por campos magnéticos, y cuando llegamos a la Tierra, es imposible saber de dónde vienen.
Retrato de la Vía Láctea que combina luz visible y emisiones de neutrinos (en azul). Crédito: Colaboración IceCube/Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU. (Lily Le y Shawn Johnson)/ESO (S. Brunier)
Sin embargo, los entornos que aceleran los rayos cósmicos a energías extraordinarias también producen neutrinos, y los neutrinos no tienen carga eléctrica, por lo que viajan en líneas bastante rectas. Entonces, si podemos detectar el camino de los neutrinos que llegan a la Tierra, eso indicará dónde se formaron los neutrinos.
Sin embargo, detectar estos neutrinos no es tan fácil.
Cómo cazar neutrinos
El Observatorio de Neutrinos IceCube se encuentra cerca del Polo Sur. Utiliza más de 5.000 sensores de luz repartidos por un kilómetro cúbico de hielo antártico prístino para buscar señales de neutrinos de alta energía de nuestra galaxia y más allá.
Una gran cantidad de neutrinos fluyen constantemente a través de la Tierra, pero solo una pequeña fracción de ellos choca contra algo en el camino.
Cada interacción de neutrinos provoca un pequeño destello de luz, y son estos pequeños destellos a los que los sensores IceCube prestan atención. La dirección y la energía del neutrino se pueden determinar a partir de la cantidad y el patrón de luz detectado.
Fuente: Colaboración IceCube
IceCube ha detectado previamente neutrinos de alta energía que se originan fuera de la Vía Láctea. Sin embargo, ha sido más difícil aislar neutrinos de baja energía de nuestra galaxia.
Esto se debe a que algunos de los destellos detectados por IceCube se pueden atribuir a los rayos cósmicos que golpean la atmósfera de la Tierra, que crean neutrinos y otras partículas llamadas muones. Para filtrar estas llamaradas, los científicos de IceCube han desarrollado formas de distinguir entre partículas atmosféricas y lejanas en función de la forma de los patrones de luz que crean en el hielo.
Filtrar las detecciones no deseadas hizo que IceCube fuera más sensible a los neutrinos astrofísicos. El avance final que permitió la creación de la imagen de neutrinos de la Vía Láctea se produjo gracias a los métodos de aprendizaje automático que mejoran la identificación de las cascadas de luz producidas por los neutrinos, además de determinar la dirección y la energía del neutrino.
Acercándose a los rayos cósmicos
Una nueva lente de neutrinos en nuestra galaxia ayudará a descubrir dónde se encuentran los aceleradores de rayos cósmicos galácticos más poderosos. Esperamos descubrir cuán energéticas pueden ser estas partículas y aprender el funcionamiento interno de estos motores galácticos de alta energía.
Cinco vistas de la Vía Láctea: las dos bandas superiores muestran luz visible y rayos gamma, mientras que las tres inferiores muestran resultados de neutrinos esperados y reales, así como una medida de la importancia de los eventos de neutrinos detectados por IceCube. Fuente: Colaboración IceCube
Sin embargo, todavía tenemos que identificar estos aceleradores en la Vía Láctea. El nuevo análisis de IceCube encontró evidencia de que los neutrinos se originaron en vastas franjas de la galaxia, pero no pudo distinguir entre las fuentes individuales.
Nuestro equipo de la Universidad de Canterbury, Nueva Zelanda, y la Universidad de Adelaida, Australia, tienen un plan para este próximo paso.
Estamos creando modelos para predecir la señal de neutrinos cerca de probables aceleradores de partículas para que podamos orientar nuestra búsqueda de neutrinos.
Cronología de la astronomía de neutrinos. Fuente: Colaboración IceCube
Estudiante de pregrado Rhia Hewett y Ph.D. el estudiante Ryan Burley estudia pares de candidatos a aceleradores y nubes de polvo molecular. Planean estimar el flujo de neutrinos producido por los rayos cósmicos que interactúan en las nubes después de pasar los neutrinos de los aceleradores.
Utilizarán sus resultados para permitir una búsqueda específica de datos de IceCube para fuentes de emisión de neutrinos. Creemos que esta será la clave para usar IceCube para desbloquear los misterios de los procesos más energéticos de la Vía Láctea.
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