Fue detectada por KM3NeT, un gigantesco telescopio de aguas profundas
A tres kilómetros y medio bajo el mar Mediterráneo, a unos 80 kilómetros de la costa de Sicilia, se encuentra la mitad de un telescopio muy inusual llamado KM3NeT.
El enorme dispositivo aún está en construcción, pero el equipo científico del telescopio anunció el miércoles que ya han detectado una partícula del espacio exterior con una asombrosa cantidad de energía.
De hecho encontraron el neutrino más energético que nadie haya visto jamás, y representa un tremendo avance en la exploración de las aguas inexploradas del universo extremo.
Para explicar por qué se trata de un descubrimiento tan notable, debemos entender qué es KM3NeT, qué busca y qué vio.
¿Qué es KM3NeT?
KM3NeT es un gigantesco telescopio de aguas profundas que está siendo construido por una colaboración internacional de más de 300 científicos e ingenieros de 21 países.
Imagen: El telescopio KM3NeT contará con más de 6.000 detectores como éste flotando en las profundidades del Mediterráneo en busca de destellos de luz azul. Crédito: N Busser/CNRS
En el emplazamiento situado frente a Sicilia y en otro frente a la costa de Provenza, en Francia, el telescopio KM3NeT estará formado por más de 6.000 detectores de luz colgados en las profundidades más oscuras. Cuando el telescopio esté completo, cubrirá aproximadamente un kilómetro cúbico de mar.
En sus profundidades, KM3NeT está protegido de fuentes de luz ordinarias, como el sol. También está protegido de otras partículas como electrones y protones, que son absorbidos por el agua mucho antes de que lleguen a los detectores. ¿Qué es lo que ve?
¿Qué busca KM3NeT?
De todas las partículas que los físicos han descubierto, sólo el esquivo neutrino puede llegar hasta KM3NeT.
El neutrino es una partícula elemental sin carga eléctrica y con una masa muy pequeña. Interactúa con la materia de forma tan débil que puede atravesar kilómetros de océano e incluso miles de kilómetros de la propia Tierra para llegar al detector. Por eso KM3NeT está en el fondo del mar: para ver neutrinos, y sólo neutrinos.
Pero ¿No pasarán también los neutrinos por el detector? Sí, casi todos.
Vídeo: Cuando una partícula de alta energía pasa a través de KM3NeT, los detectores registran destellos azules que permiten a los científicos determinar la velocidad a la que se desplazaba la partícula y su procedencia. Crédito: KM3NeT
Pero muy raramente, un neutrino chocará directamente con una molécula de agua. Cuando lo hace, puede producir un impacto enorme.
La energía del neutrino puede crear muchas más partículas. A medida que estas partículas atraviesan el agua, crean un brillo azulado. Eso es lo que detectan los detectores del KM3NeT.
Al analizar esta luz azulada y cronometrar cada destello, los científicos pueden reconstruir la energía original del neutrino y la dirección de donde vino (o eso, o simplemente han visto a uno de esos peces brillantes de las profundidades marinas viajando a casi la velocidad de la luz).
El neutrino más energético jamás detectado
El 13 de febrero de 2023, KM3NeT detectó un neutrino que viajaba tan rápido que tenía 30 veces más energía que cualquier otro detectado anteriormente.
La cantidad de energía es de 220 petaelectronvoltios, pero eso no significa mucho para alguien que no sea físico de partículas. Es difícil de imaginar, pero intentémoslo.
El neutrino tenía 100 billones de veces más energía que una partícula típica en el centro del sol. Es un billón de veces más energía que los rayos X médicos y diez mil millones de veces más que las partículas radiactivas más peligrosas. Los mayores aceleradores de partículas de la Tierra no pueden producir una partícula con ni siquiera una diezmilésima parte de esta energía.
En resumen: es mucha energía para una partícula.
Imagen derecha: Vistas lateral y superior del evento. La trayectoria reconstruida del muón se muestra como una línea roja, junto con una representación artística del cono de luz de Cherenkov.
Fabricación de neutrinos en el espacio
Los neutrinos interactúan con la materia de forma muy débil, así que ¿Cómo es posible que un único neutrino haya recibido tanta energía? ¿Qué tipo de acontecimiento cósmico podría crear una partícula así?
Esa es la parte interesante: no lo sabemos.
Sabemos que en el universo hay explosiones colosales, como las supernovas, cuando una estrella agota su combustible y colapsa. Y hay estallidos de rayos gamma, que son explosiones aún más energéticas de estrellas supermasivas, o colisiones de estrellas de neutrones, que crean neutrinos extremadamente energéticos.
Pero hay otros candidatos. Los agujeros negros supermasivos en el centro de las galaxias tienen entre millones y miles de millones de veces más masa que el Sol.
A medida que la materia es absorbida por estos agujeros negros, se acelera a velocidades extremas y queda envuelta en intensos campos magnéticos. Las partículas que no son absorbidas pueden salir despedidas a velocidades extremas. Estos "núcleos galácticos activos" son otra forma en que el universo podría crear neutrinos extremos.
En tercer lugar, los neutrinos podrían crearse de forma más local (cósmicamente hablando). Las explosiones y los núcleos galácticos activos también crean rayos cósmicos: protones y electrones extremadamente energéticos.
Estas partículas podrían atravesar el universo en dirección a nosotros y chocar con una partícula de luz en el camino. Esa colisión puede crear un neutrino energético.
Imagen: Telescopio Australian Square Kilometre Array Pathfinder (ASKAP) del CSIRO.
¿Cómo podemos encontrar la fuente?
Aquí es donde entra en juego la conexión australiana. KM3NeT nos dice que este neutrino provino de un punto particular en el cielo del sur.
Si se trata de una explosión extrema o de un núcleo galáctico activo, podríamos tener la esperanza de detectar la fuente con otros telescopios. En particular, tanto los restos de supernova como los núcleos galácticos activos pueden detectarse mediante ondas de radio.
Australia cuenta con los radiotelescopios más grandes del hemisferio sur. El Australian Square Kilometer Array Pathfinder (ASKAP) ha cartografiado gran parte del cielo austral y ha descubierto numerosos restos de supernovas y núcleos galácticos activos.
"Mis colegas y yo en la Western Sydney University estamos usando ASKAP para hacer un seguimiento de detecciones de KM3NeT como ésta. Para este neutrino en particular, no hay candidatos obvios en el cielo de radio de donde proviene", dice el profesor de física Luke Barnes.
"Sin embargo, KM3NeT no proporciona una posición muy precisa, por lo que no podemos estar completamente seguros. Seguiremos buscando".
KM3NeT todavía está en construcción y ASKAP continúa explorando el cielo. Nuestra ventana al universo extremo apenas se está abriendo.
Los hallazgos se informan en Nature: Observation of an ultra-high-energy cosmic neutrino with KM3NeT
