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Llegó a Antártida desde un agujero negro: el origen de los rayos cósmicos

El hallazgo de neutrinos dará pistas acerca de uno de los misterios más perdurables del cosmos

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24 de julio de 2018 a las 11:10

Fue la bala más pequeña que puedas imaginar, una partícula subatómica que pesa poco más que un pensamiento. Un agujero negro supermasivo la había disparado desde un cañón gravitacional. El 22 de setiembre de 2017, una partícula conocida como neutrino salió disparada desde el cielo y atravesó el hielo de la Antártida casi a la velocidad de la luz, lo cual desató una cascada de alarmas en una serie de detectores llamada IceCube.

En cuestión de segundos, IceCube había alertado a un ejército de satélites astronómicos, entre ellos el Telescopio Espacial de Rayos Gamma Fermi. Esa nave espacial encontró el origen del neutrino en un punto oscuro en el cielo, una galaxia distante conocida como TXS 0506+056, justo al lado del hombro izquierdo de la constelación Orión, que estaba teniendo un estallido de rayos X y rayos gamma de alta intensidad.

Los astrónomos dijeron que el descubrimiento proporcionaría pistas que se buscan desde hace tiempo acerca de uno de los misterios más perdurables de la física y el cosmos: ¿de dónde viene la lluvia de partículas espaciales de alta energía conocidas como rayos cósmicos?

Los principales sospechosos desde hace tiempo han sido los cuásares. Son agujeros negros gigantescos en el centro de las galaxias, donde la materia y la energía salen disparados violentamente. Ahora saben por lo menos de uno en el que ese parece ser el caso. TXS 0506+056 es un tipo de cuásar conocido como blazar, en el que nuestra perspectiva desde la Tierra nos permite ver la longitud de la ráfaga colimada –directamente a través del cañón–. El término blazar proviene en parte de BL Lacertae, un objeto parecido a una estrella que resultó ser el primero de estos objetos en ser reconocido.

"Hemos encontrado la primera fuente de rayos cósmicos", dijo en una entrevista Francis Halzen, de la Universidad de Wisconsin, director de IceCube.

"El lugar exacto en la galaxia activa donde se producen los neutrinos será un asunto de debate. Está claro que el enorme agujero negro proporciona el poder acelerador", dijo, pero la manera en que lo hace todavía es un misterio.

El descubrimiento se anunció en una serie de artículos publicados por un grupo internacional de físicos y astrónomos en Science y en The Astrophysical Journal.

Los neutrinos son algunas de las partículas más abundantes del universo, pues superan por mucho a los protones y electrones, de los que estamos compuestos. No tienen carga eléctrica y cuentan con tan poca masa que aún no se ha medido con precisión. Interactúan con otros materiales solo mediante la gravedad y la denominada fuerza nuclear débil, y así fluyen a través de nosotros, de la Tierra e incluso a través de kilómetros de plomo como fantasmas. Sin embargo, en teoría están por todas partes. Producidos a partir del deterioro radiactivo de otras partículas, nos inundan provenientes de reacciones nucleares en el Sol, explosiones de supernovas distantes e incluso del Big Bang.

El atractivo de los neutrinos para la astronomía es que es posible rastrear su origen. No solo recorren largas distancias prácticamente a la velocidad de la luz y desde lugares por lo demás impenetrables, como los núcleos de estrellas, sino que, al no tener una carga eléctrica, no los afectan los campos magnéticos interestelares ni los intergalácticos ni otras influencias que modifican el trayecto de otros tipos de partículas cósmicas, como los protones y los electrones. Los neutrinos atraviesan tan directamente el universo como la gravedad einsteiniana lo permite.

IceCube, un observatorio internacional dirigido por 300 científicos de 12 países, está conformado por más de cinco mil tubos fotomultiplicadores sensibles incrustados en una red que abarca un kilómetro cúbico de hielo en el polo sur. Cuando un neutrino choca extraordinariamente con un núcleo atómico en el hielo, produce un cono de luz azul llamado radiación Cerenkov, que se extiende a través del hielo y es absorbido por los fotomultiplicadores.

IceCube se construyó para encontrar el origen de los rayos cósmicos, dijo Halzen, y el observatorio ha estado registrando neutrinos desde que comenzó a trabajar en 2011, pero hasta ahora no había podido determinar el origen de ninguno de ellos. Un motivo, dijo, era que los científicos habían asumido que el origen sería cercano, quizá incluso en nuestra galaxia, la Vía Láctea.

No obstante, TXS 0506+056 está muy lejos, a unos 4 .000 millones de años luz. Es uno de los objetos más brillantes del universo, dijo Halzen. El neutrino que activó la alarma en 2017 tenía una energía de cerca de 300 mil millones de electronvoltios, casi 50 veces la energía que genera el Gran Colisionador de Hadrones en CERN, el acelerador de partículas más grande de la Tierra.

Podemos decir que el origen es el Gran Colisionador de Hadrones del cielo. Se cree que es una suerte de agujero negro enorme que recorre el centro de esa galaxia distante. Por ahora, la manera detallada en que funciona este acelerador cósmico aún es un misterio.
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