La ‘astronomía de neutrinos’ da un paso de gigante


Por José Manuel Nieves (ABC ciencia)

Hasta hace pocos años, la única forma de obtener información sobre el Universo y los objetos que contiene era (y sigue siendo en gran medida) analizar con detalle sus emisiones electromagnéticas, es decir, su luz, en un amplio espectro de longitudes de onda que van desde los rayos X a los rayos gamma, pasando por la luz visible, el infrarrojo, el ultravioleta y las ondas de radio. Pero, además de la luz, los astrónomos están descubriendo nuevos y poderosos ‘mensajeros’, capaces de transportar hasta nosotros valiosa información sobre el Cosmos. Información que hasta ahora nos era inaccesible.

En 2017, por ejemplo, se consiguió detectar por primera vez ondas gravitacionales, las sutiles deformaciones del propio tejido del espacio tiempo causadas, entre otras cosas, por violentos acontecimientos como la colisión de dos agujeros negros. Las ondas gravitacionales transportan un tipo de información que no es posible recabar de las ondas electromagnéticas, de la luz, por lo que su análisis revela aspectos desconocidos y novedosos sobre el funcionamiento y composición del Universo.

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Y luego está la llamada ‘astronomía de neutrinos‘, que permite estudiar objetos y fenómenos astronómicos por medio de los neutrinos que emiten. Y es en este campo, precisamente, en el que se acaba de hacer un espectacular avance, recogido esta misma semana por la revista ‘Science‘. Juntas, las nuevas técnicas de observación y detección conforman un nuevo tipo de astronomía, llamada ‘de mensajeros múltiples‘, que promete nuevos y espectaculares hallazgos fuera del alcance de las técnicas tradicionales.

Difícil detección

Pero detectar neutrinos para ‘interrogarlos’ sobre su procedencia no es una tarea sencilla. Prácticamente sin masa, los neutrinos apenas interaccionan con el resto de la materia, y son capaces de atravesar de punta a punta planetas enteros como si no estuvieran allí, sin chocar en su viaje con ninguna otra partícula y, por lo tanto, sin posibilidad de ser detectados. Billones de neutrinos procedentes del Sol atraviesan cada centímetro de nuestro cuerpo (y del resto de la Tierra) a cada segundo que pasa sin que ni siquiera nos demos cuenta de ello. Y, por supuesto, también nos llegan neutrinos procedentes de mucho más lejos, de estrellas y galaxias lejanas.

A pesar de todo, muy de vez en cuando un neutrino sí que interactúa con otra partícula, choca con ella y emite un brevísimo destello de apenas unos pocos fotones. Los científicos llevan años intentando captar esas raras colisiones (apenas una cada 1036 partículas, o lo que es lo mismo, un uno seguido de 36 ceros) y para ello utilizan grandes masas de agua o hielo extremadamente puros, rodeada por un auténtico arsenal de detectores en grandes instalaciones subterráneas, de forma que el detector no se vea perturbado por eventos ajenos a los que pretende observar.

Y ahora, un equipo internacional de científicos ha conseguido reunir nuevos datos sobre el núcleo energético de una galaxia activa a millones de años luz de distancia mediante la detección de los neutrinos emitidos por ella. Todo un logro que, antes de este trabajo, sólo se había logrado una vez.

En su artículo de ‘Science’, los investigadores explican cómo han descubierto que NGC 1068, también conocida como Messier 77, en la constelación de Cetus, a 47 millones de años luz de la Tierra, es un emisor de neutrinos de alta energía. Neutrinos que los científicos han podido observar gracias a uno de los mejores detectores de estas partículas que existe, el Observatorio de Neutrinos IceCube en la estación Amundsen-Scott, en la Antártida, donde trabajan más de 400 científicos de 58 instituciones de todo el mundo.

Un hito científico

«Hemos mirado dentro de las regiones activas de la galaxia NGC 1068 a 47 millones de años luz de distancia – asegura Gary Hill, físico de la Universidad de Adelaida y miembro de la Colaboración internacional IceCube-. A medida que observemos los neutrinos emitidos por ella, podremos aprender más sobre la aceleración extrema de partículas y los procesos de producción que ocurren dentro de la galaxia, lo que no ha sido posible hasta ahora, ya que otras emisiones de alta energía (como los rayos gamma) no pueden escapar de ella«.

Ya en 2018, los científicos de IceCube consiguieron encontrar, por primera vez, una fuente de neutrinos de alta energía. Se trataba de TXS 0506+056, un ‘blazar‘ muy distante (el núcleo extremadamente energético de una galaxia), desde el cual chorros de partículas, impulsadas por el agujero negro supermasivo central emiten neutrinos en dirección a la Tierra. Durante un corto periodo de tiempo, además, en aquella ocasión fue posible observar el mismo objeto también con telescopios de rayos gamma.

Pero NGC 1068 está cien veces más cerca de nosotros que TXS 0506+056, lo que ha permitido a los investigadores identificar hasta 79 colisiones de neutrinos dentro de la ‘piscina’ del detector. Sin embargo, y a diferencia del blazar de 2018, se da la circunstancia, de que esta galaxia está orientada con respecto a la Tierra de tal forma su región central está totalmente oscurecida por el polvo, ya que los rayos gamma que emite son absorbidos por ella y no pueden ser captados por los telescopios. Pero los neutrinos no tienen ese problema, y escapan sin problema al espacio.

«Tras la emoción de 2018 por el descubrimiento de neutrinos procedentes de TXS 0506+056, es aún más emocionante encontrar una fuente que produzca un flujo constante de neutrinos que podemos ver con IceCube -afirma Hill-. El hecho de que los neutrinos puedan escapar desde estas regiones del Universo, que de otro modo estarían oscurecidas, significa que también son difíciles de detectar. Esto requiere grandes detectores como IceCube, que es el líder actual en el campo y cuyos instrumentos se reparten en un volumen de un kilómetro cúbico de hielo a gran profundidad en el Polo Sur».

Como se ha dicho, la inmensa mayoría de los neutrinos atraviesan limpiamente la Tierra, pero un puñado de ellos interactúa con el hielo del detector, y al hacerlo emiten diminutos destellos luminosos que pueden ser captados por los más de 5.000 sensores ópticos de IceCube (cada uno del tamaño de un balón de baloncesto), repartidos en 86 hileras de agujeros perforados en el hielo, a 2.500 metros de profundidad. Los destellos revelan datos como las direcciones de las que llegan los neutrinos y la energía que transportan.

«El enorme tamaño de IceCube -prosigue Hill- requirió muchos años de esfuerzo de cientos de personas de todo el mundo para completar la construcción y comprender la respuesta a las partículas de alta energía. En unos años colocaremos más instrumentos en el hielo, como parte de un esfuerzo por mejorar aún más el detector».

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