Hasta ahora se había analizado la Vía Láctea con luz visible e invisible, como los rayos X y las ondas de radio, pero el experimento IceCube localizado en la Antártida la ha observado con algo que no es luz: neutrinos de alta energía procedentes del plano galáctico.
En lugares sin contaminación lumínica, podemos ver la Vía Láctea como una banda de estrellas difusa en el horizonte. La comunidad astronómica también la observa y estudia con detalle en distintas longitudes de ondas, pero desde ahora va a contar con un nuevo tipo de ‘lente’: los neutrinos.
Por primera vez, el observatorio de neutrinos IceCube, un gigantesco detector de un kilómetro cúbico construido bajo la estación Amundsen-Scott del Polo Sur, ha producido una imagen de nuestra galaxia utilizando esos mensajeros astronómicos diminutos y fantasmales.
Los miembros de esta colaboración internacional, integrada por más de 350 científicos, presenta en la revista Science pruebas de la emisión de neutrinos de alta energía procedentes de nuestra galaxia.
“Los neutrinos son partículas subatómicas, como lo son los electrones. Sin embargo, son especiales porque interactúan solo mediante la fuerza débil. Así como la luz puede atravesar el vidrio de una ventana sin dificultad, los neutrinos pueden pasar por todo, incluyendo el planeta Tierra, de ahí que sean tan difíciles de detectar”, explica a SINC el portavoz de IceCube, Ignacio Taboada, profesor de Física en el Instituto Tecnológico de Georgia (EE UU).
Estas partículas subatómicas pueden atravesar todo, incluyendo el planeta Tierra, de ahí que sean tan difíciles de detectar
“Por eso IceCube es tan grande, para lograr observar los pocos neutrinos que sí interactúan –continúa–. Y respecto a que sean de “alta energía”, es en comparación con otros neutrinos, como los producidos por el Sol, que tienen energías un millón de veces menores”.
El laboratorio IceCube bajo un cielo nocturno estrellado, con la Vía Láctea al fondo sobresaliendo sobre auroras bajas. / Yuya Makino, IceCube/NSF
Taboada subraya la importancia de este hallazgo: “Esta es la primera vez que se observa la Vía Láctea con algo distinto de la luz: los neutrinos. La luz visible e invisible (radio, microondas, infrarrojo, rayos X, rayos gama) se ha utilizado ampliamente para estudiar nuestra galaxia, pero los neutrinos no son luz. Y al estudiar de formas distintas, se aprenden cosas nuevas”.
Es la primera vez que se observa la Vía Láctea con algo distinto de la luz: los neutrinos, y al estudiarla de forma diferente, se aprenden cosas nuevas
El investigador principal de IceCube, Francis Halzen, profesor de Física de la Universidad de Wisconsin-Madison, añade: “Lo intrigante es que, a diferencia de lo que ocurre con la luz de cualquier longitud de onda, en el caso de los neutrinos, el universo eclipsa a las fuentes cercanas de nuestra propia galaxia”.
El equipo de IceCube ya había detectado neutrinos de alta energía de origen extragaláctico, como los procedentes de la cercana galaxia NGC1068, y suponen que puede suceder lo mismo en otras más alejadas. ¿Pero qué ocurre en nuestra Vía Láctea? Las observaciones de rayos gamma muestran emisiones brillantes procedentes del interior del plano galáctico y, puesto que se cree que los rayos gamma y los neutrinos son producidos por los mismos procesos astrofísicos, ese plano era el lugar esperado de emisión de neutrinos, como así ha sido.
La demostración se ha realizado gracias a técnicas de inteligencia artificial de aprendizaje automático, utilizando datos registrados (unos 60.000 neutrinos) a lo largo de 10 años por el observatorio IceCube en la Antártida. Los investigadores han presentado las primeras pruebas estadísticamente sólidas de emisión de neutrinos de alta energía desde el plano galáctico, con resultados coherentes con la distribución y las interacciones esperadas de los rayos cósmicos dentro de nuestra galaxia.
Vista de los neutrinos (mapa del cielo azul) delante de una representación artística de la Vía Láctea. / IceCube Collaboration/Science Communication Lab for CRC 1491
“Detectamos neutrinos de nuestra propia galaxia estudiando su dirección y energía”, explica Taboada, “hay un exceso de estas partículas de altas energías que apuntan aproximadamente en la dirección del plano de la galaxia, y especialmente hacia el centro galáctico”.
¿Pero de dónde proceden exactamente? “No es posible saber con certeza qué produce estos neutrinos, ya que hemos observado la Vía Láctea como un todo”, responde el profesor, “aunque hay dos posibilidades razonables y probablemente ambas ocurren, pero no sabemos cuál es más importante”.
Los neutrinos podrían proceder de fuentes puntuales de rayos cósmicos, y estos, a su vez, producir más al propagarse. Así podría brillar nuestra galaxia de forma difusa en todas partes, especialmente hacia el centro
Por una parte, “los neutrinos pueden ser producidos por fuentes de rayos cósmicos en nuestra galaxia: una colección de fuentes puntuales, como una estrella, de neutrinos –aclara–. Pero esos rayos cósmicos, que tienen carga eléctrica, se propagan por la galaxia y al chocar con gas, polvo estelar, etcétera, producen más neutrinos”.
“Eso resultaría en nuestra galaxia brillando de manera difusa en todas partes, pero más intensamente hacia el centro”, señala Taboada, quien adelanta que ahora “el siguiente paso es identificar las fuentes específicas dentro de la galaxia”. Ese y otros retos se abordarán en los siguientes análisis previstos por IceCube.
A medida que evolucione la astronomía de neutrinos, obtendremos una nueva lente con la que observar el universo
Otra de las integrantes de la colaboración, Naoko Kurahashi Neilson, profesora de Física de la Universidad Drexel (EE UU), concluye: “Observar nuestra propia galaxia por primera vez utilizando partículas en lugar de luz es un gran paso. A medida que evolucione la astronomía de neutrinos, obtendremos una nueva lente con la que observar el universo”.
Cronología de los principales hitos de la astronomía de neutrinos. / IceCube Collaboration
En el corazón de la Antártida, en la base polar Amundsen-Scott, se encuentra este observatorio financiado por la National Science Foundation (NSF) de EE UU, con el apoyo de los 14 países que acogen a miembros institucionales de la colaboración IceCube.
Este detector de neutrinos, de aproximadamente un kilómetro cúbico enterrado en el hielo, opera con más de 5.000 módulos ópticos digitales (DOM) congelados a profundidades de entre 1.450 y 2.450 metros.
Esquema del observatorio IceCube. / IceCube/NSF
Referencia:
The IceCube Collaboration. “Observation of high-energy neutrinos from the Galactic plane”. Science, 2023
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