Os astrônomos podem ter descoberto a origem do espaço profundo de uma misteriosa partícula de alta energia que mergulhou direto na Terra no ano passado. A minúscula partícula, conhecida como neutrino, parece ter vindo de um buraco negro hiperativo localizado a 4 bilhões de anos-luz de distância. É a primeira vez que pesquisadores identificam a possível origem de um desses neutrinos de alta energia, aproximando os cientistas da descoberta dos objetos que produzem essas estranhas partículas leves que preenchem o Universo.
Em setembro, pesquisadores trabalhando perto do Pólo Sul detectaram a presença de um neutrino de alta energia no gelo da Antártida. Essas partículas que se movem rapidamente muitas vezes passam por objetos como o nosso planeta sem deixar rastros de que estavam lá. Mas esse neutrino visitante era uma raça rara: na verdade, esbarrou no gelo, deixando uma trilha que os pesquisadores conseguiram medir com o seu observatório, o IceCube. A equipe rapidamente se mobilizou para casa, no pedaço de céu de onde veio a partícula.
Naquele patch, eles encontraram um possível culpado pelo neutrino: uma galáxia hiperativa com um buraco negro supermassivo no centro. Este tipo de galáxia é na verdade conhecido como blazar, o que significa que seu núcleo de buraco negro está expelindo radiação (e outras coisas) na direção da Terra. A descoberta, detalhada hoje em dois artigos na Science , serve como forte evidência de que o neutrino se originou desse buraco negro. Isso é enorme, uma vez que os astrônomos nunca foram capazes de identificar o potencial local de nascimento de um neutrino de alta energia. Mas agora, os blazars podem ser bons lugares para procurar neutrinos como este no futuro.
Se soubermos de onde vêm os neutrinos, os cientistas poderão usá-los como ferramentas para sondar o cosmos. Acredita-se que os neutrinos surgem dentro de alguns dos objetos mais extremos do Universo, como estrelas moribundas, buracos negros e galáxias em colisão. Ao confirmar os criadores de neutrinos, os astrônomos poderiam usar essas partículas da mesma forma que usamos raios-X para olhar dentro de nossos próprios corpos. “Ao olhar para neutrinos, podemos aprender mais sobre o que está acontecendo dentro desses objetos,” Amanhecer Williams , um professor associado de física e astronomia na Universidade de Alabama e um dos membros da equipe de IceCube que fizeram a descoberta, diz The Verge . "Isso pode adicionar ao nosso conhecimento desses objetos, que ainda são muito objeto de estudo."
Aproveitar o poder dos neutrinos é difícil, já que são considerados algumas das partículas mais furtivas do Universo. Eles são a partícula fundamental mais leve que conhecemos, com uma massa um pouco acima de zero. Mas ao contrário de outras partículas, como elétrons ou prótons, os neutrinos não têm carga, então não são afetados por coisas como campos magnéticos. Na verdade, eles são pouco afetados por qualquer coisa. Neutrinos podem viajar em linha reta através do Universo, cobrindo grandes distâncias, sem se desviar do curso. Eles são tão pequenos que passam através de planetas, estrelas e galáxias como fantasmas diminutivos. Eles estão passando por você agora mesmo; Estima-se que trilhões de neutrinos passem pelo corpo de uma pessoa a cada segundo .
Mas o que neutrinos falta em tamanho, eles compensam em energia. Os astrônomos acreditam que os neutrinos são criados durante processos energéticos violentos, como reações de fusão nuclear, que enviam essas partículas para longe da velocidade da luz. Então, tudo, desde explodir estrelas até bombas nucleares, pode criar esses pequenos objetos ilusórios. Acredita-se também que a maioria dos neutrinos do Universo foi criada logo após o Big Bang e agora permeia o cosmos.
Antes de hoje, os cientistas sabiam de três fontes diferentes de neutrinos que atingiam a Terra regularmente. Nós pegamos essas partículas vindas de dentro do nosso Sol, e às vezes também podemos medir aquelas que vêm da nossa própria atmosfera. Outros tipos de partículas energéticas de fora da nossa galáxia, conhecidas como raios cósmicos, atacam nossa atmosfera, fragmentam as moléculas em pedaços e produzem chuvas de neutrinos sobre a Terra. E apenas uma vez em 1987, os astrônomos detectaram um excesso de neutrinos vindos de uma supernova do lado de fora da nossa galáxia .
Como os neutrinos são tão furtivos, é necessário um tipo muito especial de detector para encontrar essas partículas. Uma das melhores instalações é o IceCube Neutrino Observatory, perto do Pólo Sul. É composto de milhares de tubos sensíveis à luz embutidos na camada de gelo que são capazes de medir os neutrinos muito raros que colidem com a Terra. "Eles têm uma probabilidade muito pequena de interagir", diz Erik Blaufuss , professor de física da Universidade de Maryland e membro da equipe de descoberta do IceCube, ao The Verge.. “É por isso que temos que construir um instrumento tão grande no Pólo Sul.” De vez em quando, um neutrino não passa pelo nosso planeta, mas vai cavar uma parte de um átomo no gelo da Antártida. Quando isso acontece, basicamente destrói o núcleo do átomo, criando uma chuva de luz azul que atravessa o gelo transparente. Esse banho de luz é o que o detector capta. Dependendo da trilha, o IceCube pode descobrir a energia de um neutrino e a direção em que ele estava viajando.
O observatório do IceCube esperava ver neutrinos da atmosfera. Mas em 2013, os astrônomos perceberam que estavam pegando partículas que eram milhões de vezes mais energéticas que as produzidas pelo Sol ou até mesmo aquelas encontradas na supernova de 1987. Esses neutrinos de alta energia eram mais raros do que outros tipos também: o IceCube estima que eles pegam cerca de 10 desse tipo a cada ano. Os pesquisadores suspeitaram fortemente que esses neutrinos estão vindo de longe do nosso sistema solar e galáxia, mas eles não tinham provas.
O neutrino que atingiu em setembro foi um desses tipos de alta energia. E quando o IceCube detectou, a equipe imediatamente enviou um alerta para outros telescópios para ver se eles poderiam encontrar a fonte da partícula. O IceCube disse a outros astrônomos de onde parte do céu o neutrino veio, para que eles soubessem onde apontar seus telescópios. Cerca de 20 observatórios obrigados. Dois deles, o telescópio espacial Fermi, da NASA, e o telescópio MAGIC, nas Ilhas Canárias, mediram uma grande onda de raios gama de alta energia vindos do blazar naquela parte do céu. As descobertas indicaram que o blazar estava enviando material altamente energético no momento da detecção, e também pode ter enviado o neutrino também.
Em seguida, a equipe do IceCube decidiu analisar seus arquivos para ver se eles tinham mais alguma evidência para confirmar isso. Eles descobriram que entre 2014 e 2015, o detector pegou um monte de neutrinos vindos dessa mesma área do céu. Tudo isso não prova decisivamente que o blazar é o culpado, mas ainda é a melhor explicação até agora. " Nós precisaríamos fazer mais observações para obter uma descoberta estatisticamente mais significativa", diz Williams. "Mas é tudo muito emocionante, porque são verificações independentes, e nunca vimos isso tão perto de uma associação entre raios gama e neutrinos antes."
A equipe IceCube espera fazer mais colaborações como essa, onde eles alertam outros telescópios de luz para apontar na direção de onde um neutrino interessante veio. Conhecida como astronomia multimídia, é uma forma de duplicar e usar dois tipos diferentes de sinais - luz e neutrinos - para confirmar fontes no céu. "Ao fornecer essa capacidade de nos concentrar em um determinado trecho do céu em um determinado momento, aumentamos a sensibilidade da instalação e aumentamos as chances de uma detecção", disse Derek Fox , professor associado de astronomia na Universidade Estadual da Pensilvânia. que não fazia parte da equipe IceCube que fez a descoberta, mas contribuiu para um dos artigos da Science , conta The Verge .
Isso pode aumentar nossas chances de encontrar fontes de neutrinos no futuro. E talvez um dia, os astrônomos pudessem observar objetos distantes de uma nova maneira: estudando as estranhas partículas fundamentais que eles enviam para a Terra. "Os seres humanos observaram o Universo usando a luz literalmente para toda a nossa história como espécie", diz Fox. “Então, agora estamos apenas alcançando um ponto aqui em 2017 e 2018, onde rotineiramente esperamos detectar fontes cósmicas por outros meios que não a luz”.
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