'Mensajero cósmico': un misterioso 'neutrino de muy alta energía' detectado fuera de nuestra galaxia

Una galaxia muy, muy lejana. El CNRS habla de un "terremoto" y de una "nueva ventana al Universo". Un neutrino (una partícula muy presente en el Universo, n.d.r.) con una energía treinta veces superior a la registrada hasta ahora en la Tierra ha sido detectado en el fondo del Mediterráneo , según informa un estudio publicado este miércoles 12 de febrero en la revista Nature .

Es la más energética de las partículas elementales. Y debería ayudar a realizar avances significativos en la comprensión de los fenómenos extremos del Universo.

Este descubrimiento «revoluciona los modelos astrofísicos actuales», escribe el CNRS en un comunicado de prensa.

Aunque aún no se ha identificado el origen de esta increíble partícula, los científicos están seguros de que no proviene de nuestra galaxia.

Partícula elemental abundante en el Universo pero esquiva, el neutrino no tiene, como su nombre indica, carga eléctrica y casi ninguna masa: esta última es un millón de veces más débil que la de un electrón. También es la partícula masiva más ligera conocida. Además, interactúa sólo débilmente con la materia.

Los neutrinos revisten especial interés para los científicos porque son "mensajeros cósmicos especiales", explica Rosa Coniglione, investigadora del Instituto Italiano de Física Nuclear, en un comunicado de prensa que acompaña la publicación del estudio.

Los fenómenos más violentos del Universo –como la explosión de una supernova, la fusión de dos estrellas de neutrones o la actividad alrededor de agujeros negros supermasivos– generan los llamados neutrinos de “ultra alta energía”.

Debido a que estas partículas interactúan poco con la materia, pueden escapar de las áreas densas y turbulentas que las produjeron y luego viajar en línea recta a través del Universo. Y de esta forma proporcionar información valiosa, inaccesible mediante métodos más clásicos, sobre los fenómenos astrofísicos en su origen.

"A modo de ejemplo, si quisiéramos detener la mitad de los neutrinos que se acercan a nosotros, tendríamos que construir un muro de plomo de nueve mil millones de kilómetros de espesor", explica Sonia El Hedri, astrofísica del CNRS, en un vídeo .

Sin embargo, estas partículas "fantasmas" son extremadamente difíciles de detectar. 60 mil millones de neutrinos atraviesan cada centímetro cuadrado de la Tierra por segundo sin dejar el menor rastro, precisa el CNRS.

Para poder capturar algunos en el aire, se necesita un volumen enorme de agua: al menos un kilómetro cúbico, el equivalente a 400.000 piscinas olímpicas. Por esta razón el Mediterráneo alberga el Telescopio de Neutrinos de Kilómetros Cúbicos (KM3NeT).

Todavía en construcción, se distribuye en dos sitios: ARCA, dedicado a la astronomía de altas energías, a 3.450 metros de profundidad frente a la costa de Sicilia (Italia) y ORCA, optimizado para estudiar las propiedades fundamentales del neutrino, a 2.450 metros de profundidad frente a la costa de Toulon (Francia).

Cables de varios cientos de metros de longitud y equipados con fotomultiplicadores capaces de amplificar cantidades muy pequeñas de luz están anclados al fondo del mar a distancias regulares.

“El interés del agua es que cuando el neutrino interactúa en general en la materia, produce partículas cargadas eléctricamente. Y si estas partículas se mueven lo suficientemente rápido en un medio, pueden provocar la emisión de luz”, explica Sonia El Hedri. Esto se llama el efecto Cherenkov.

"El agua, por su transparencia, es un medio especialmente ideal para detectar este efecto", prosigue el astrofísico.

El 13 de febrero de 2023, un muón, un electrón pesado producido por un neutrino, "atravesó todo el detector ARCA, induciendo señales en más de un tercio de los sensores activos", explica KM3NeT, una colaboración que reúne a 350 científicos de 21 países.

El neutrino en su origen tenía una energía de 220 petaelectronvoltios (PeV), o 200 millones de billones de electronvoltios. Una figura colosal, nunca antes vista en la Tierra.

"Se trata de la energía de una pelota de ping-pong que cae desde una altura de un metro", pero contenida "en una única partícula elemental", explicó Aart Heijboer, profesor del Instituto Holandés de Física Subatómica (Nikhef) y miembro de KM3NeT durante una rueda de prensa.

Excepto que una pelota de ping-pong está formada por billones de moléculas, mientras que ésta es una única partícula elemental que transporta la misma cantidad de energía.

Para producir una partícula de este tipo sería necesario un acelerador "alrededor de la Tierra y a la distancia de los satélites geoestacionarios", añadió Paschal Coyle, director de investigación del CNRS en el Centro de Física de Partículas de Marsella.

"¿Un agujero negro escondido en el corazón de una galaxia? ¿Un estallido de rayos gamma? ¿Una supernova?", se pregunta este miércoles el CNRS sobre su origen.

Con tal nivel de energía, el origen del neutrino sólo puede ser cósmico. La distancia del evento que lo produjo "es desconocida", pero "de lo que estamos bastante seguros es que no proviene de nuestra galaxia", subrayó Damien Dornic, investigador del CPPM.

Los astrofísicos han identificado doce blazares , fuentes extremas de radiación que aceleran implacablemente partículas impulsadas por agujeros negros masivos y potencialmente compatibles.

También podría ser la primera detección de un neutrino "cosmogénico", resultante de "una interacción de rayos cósmicos ultraenergéticos con fotones del fondo cósmico intergaláctico", explicó Rosa Coniglione.

Lo que podría ayudar a comprender "la composición de estos rayos cósmicos" y "la evolución del Universo".

"En el momento en que ocurrió este evento, nuestro sistema de alerta de neutrinos todavía estaba en desarrollo", señaló Aart Heijboer. A finales de año, cuando se produzca una nueva detección, se enviará una alerta en cuestión de segundos "a todos los telescopios del mundo para que puedan apuntar en esa dirección" del cielo y buscar una fuente.