Neutrinos fantasmagóricos fornecem uma espiada no coração de uma galáxia próxima

O núcleo celeste de Messier 77 está localizado de tal forma que a poeira e o gás que orbitam o buraco negro obscurecem o objeto quando visto da Terra usando métodos típicos, como telescópios que dependem de luz óptica.

“Vemos a galáxia um pouco de lado e, como a estamos olhando de lado, o buraco negro está se escondendo atrás do material que orbita perto dele”, disse Ignacio Taboada, professor de física do Instituto de Tecnologia da Geórgia. Um porta-voz da cooperação internacional que conduziu a pesquisa.

Mas os neutrinos – as partículas mais abundantes e energéticas do universo –Passe por este gás e poeira sem ser afetado Porque raramente interagem com qualquer coisa, incluindo campos magnéticos, matéria ou gravidade. Esse aspecto fantasma fornece aos cientistas uma maneira sem precedentes de investigar os processos que ocorrem em torno de um buraco negro anteriormente oculto, incluindo como gases e matéria supercarregados aceleram na vizinhança, disseram os pesquisadores.

“Os neutrinos são uma maneira diferente de ver o universo. E toda vez que você olha para o universo de uma nova maneira, você aprende algo que não teria aprendido da maneira antiga”, disse o Dr. Tabouda.

Neutrinos preservam informações Eles são impressos quando formados em suas fontes, incluindo suas energias, de acordo com Hans Niederhausen, pós-doutorando da Michigan State University que esteve envolvido na pesquisa. Essa mesma energia é trazida para a Terra com neutrinos.

Agora que eles sabem de onde vêm alguns dos neutrinos, os pesquisadores os estão estudando para entender melhor onde ocorrem as interações dentro de Messier 77 que criam e aceleram essas partículas – e o comportamento e a natureza do próprio buraco negro, disse Niederhausen.

Eles também planejam vasculhar o universo em busca de outros neutrinos de galáxias com buracos negros supermassivos ativos semelhantes a Messier 77. Essa galáxia “nos dá uma boa ideia de onde procurar em seguida”, acrescentou.

O telescópio detector de neutrinos usado no estudo, conhecido como Observatório de neutrinos do cubo de geloEnterrado em um bilhão de toneladas de gelo ao redor da estação Amundsen-Scott South Pole, nos EUA. Quando os neutrinos passam pela Terra, às vezes colidem com átomos no gelo. O observatório detecta mais de 5.000 sensores do tamanho de uma bola de basquete, subprodutos dessas raras colisões, e envia esses dados para computadores na superfície.

O observatório de US$ 279 milhões, financiado principalmente pela National Science Foundation, foi concluído em 2011 e detecta aproximadamente 100.000 neutrinos anualmente. Quase todos esses neutrinos são criados por processos em nossa atmosfera, mas algumas centenas de neutrinos detectados anualmente são originários de fora do nosso sistema solar – conhecidos como neutrinos astrofísicos.

Porque Neutrinos penetram na matéria E eles passam sem ser afetados, viajando sem erro em linha reta desde seu ponto de criação. Assim, ao traçar a direção da transmissão física de neutrinos através do gelo, os pesquisadores podem reconstruir seu caminho através do universo até sua fonte.

Quase 400 cientistas em mais de 50 instituições constituem a cooperação internacional IceCube, que analisou dados Recolhido pelo Observatório Entre 2011 e 2020 para identificar 79 neutrinos originários de Messier 77.

Yoshi Uchida, professor de física do Imperial College London que não esteve envolvido no estudo, disse que a descoberta de objetos individuais que são fontes astrofísicas de neutrinos do IceCube é “bastante incrível”. “Depois de funcionar por 10 anos, ele transforma a observação de neutrinos em outra fonte de informação.”

Dr. Tapoada disse acreditar que o IceCube continuará a obter mais neutrinos emergindo desta galáxia. Essas descobertas futuras não apenas podem ajudar a analisar detalhes adicionais sobre o buraco negro supermassivo de Messier 77, mas também podem ajudar a responder “a pergunta mais antiga da astronomia”, de acordo com Frances Halzen, física da Universidade de Wisconsin-Madison e investigadora principal do IceCube.

Os cientistas sabem da existência de raios cósmicos – fluxos de prótons de alta energia e núcleos atômicos que viajam a velocidades próximas à luz e produzem radiação eletromagnética e uma enxurrada de partículas subatômicas quando atingem a atmosfera da Terra – há mais de um século. Mas a origem desses raios, e qual é o mecanismo que os acelera e os envia em nossa direção, permanece indefinido.

“Algo no universo deu a eles um grande impulso para fazê-los ir tão rápido”, disse Niederhausen sobre os raios cósmicos.

Os neutrinos são um subproduto das interações desses raios cósmicos com a matéria e a radiação que cercam objetos de alta energia, como buracos negros supermassivos, então o Dr. Rastrear as partículas fantasmagóricas de volta ao seu início pode ajudar a resolver as origens dos raios cósmicos, disseram Halzen e Taboada.

Escreva para Aylin Woodward em [email protected]