Astrônomos utilizando uma gigantesca rede de sensores, ainda em construção no fundo do Mar Mediterrâneo, encontraram a partícula “fantasma” cósmica de maior pujança já detectada.
O neutrino, uma vez que a partícula é formalmente conhecida, é 30 vezes mais energético que qualquer uma das poucas centenas de neutrinos detectados anteriormente. Essas minúsculas partículas de subida pujança provenientes do espaço são frequentemente chamadas de “fantasmagóricas” porque são extremamente voláteis, ou vaporosas, e podem cruzar qualquer tipo de material sem mudança.
Os neutrinos, que chegam à Terreno das profundezas do cosmos, têm quase nenhuma tamanho. As partículas viajam através dos ambientes mais extremos, incluindo estrelas, planetas e galáxias inteiras, e ainda assim sua estrutura permanece intacta.
Uma estudo do neutrino, realizada pela Colaboração KM3NeT, que inclui mais de 360 cientistas de todo o mundo, foi publicada na quarta-feira (12) na revista Nature.
“Os neutrinos… são mensageiros cósmicos especiais, trazendo-nos informações únicas sobre os mecanismos envolvidos nos fenômenos mais energéticos e permitindo-nos explorar os confins mais distantes do Universo”, disse a coautora do estudo Rosa Coniglione, vice-porta-voz do KM3NeT e pesquisadora do Instituto Pátrio de Física Nuclear da Itália (INFN), em um transmitido.
O neutrino recordista, denominado KM3-230213A, tinha a pujança de 220 milhões de bilhões de elétron-volts. Essa quantidade surpreendente o torna tapume de 30.000 vezes mais poderoso do que o que o acelerador de partículas Large Hadron Collider da Organização Europeia para Pesquisa Nuclear (CERN), próximo a Genebra, Suíça — espargido por supercarregar partículas a quase a velocidade da luz — é capaz de produzir, segundo os autores do estudo.
“Uma forma que sabor de pensar sobre isso é que a pujança deste único neutrino é equivalente à pujança liberada pela fissão não de um corpúsculo de urânio, ou dez desses átomos, ou mesmo um milhão deles”, disse o coautor do estudo Brad K. Gibson em um e-mail. “Levante pequeno neutrino tinha tanta pujança quanto a pujança liberada pela fissão de um bilhão de átomos de urânio… um número impressionante quando comparamos as energias de nossos reatores de fissão nuclear com oriente único neutrino etéreo.”
A partícula fornece algumas das primeiras evidências de que neutrinos tão energéticos podem ser criados no universo. A equipe acredita que o neutrino veio de além da Via Láctea, mas ainda não identificou seu ponto exato de origem, o que levanta a questão sobre o que criou o neutrino e o enviou voando através do cosmos em primeiro lugar – talvez um envolvente extremo uma vez que um buraco preto supermassivo, explosão de raios gama ou remanescente de supernova.
A detecção inovadora está abrindo um novo capítulo da astronomia de neutrinos, muito uma vez que uma novidade janela observacional para o universo, disse o coautor do estudo Paschal Coyle, porta-voz do KM3NeT e pesquisador do Meio Pátrio de Pesquisa Científica — Meio de Física de Partículas de Marselha, na França.
“O KM3NeT começou a explorar uma tira de pujança e sensibilidade onde os neutrinos detectados podem se originar de fenômenos astrofísicos extremos”, disse Coyle.
Os neutrinos são difíceis de detectar porque não interagem frequentemente com seu envolvente — mas interagem com gelo e chuva. Quando os neutrinos interagem diretamente com os detectores, eles irradiam uma luz azulada que pode ser captada por uma rede próxima de sensores ópticos digitais incorporados no gelo ou flutuando na chuva.
Por exemplo, o Observatório de Neutrinos IceCube no Polo Sul inclui uma grade de mais de 5.000 sensores incorporados no gelo antártico. O detector está em operação desde 2011 e descobriu centenas de neutrinos. Os cientistas conseguiram rastrear alguns deles até suas fontes cósmicas, uma vez que um blazar ou o núcleo lustroso de uma galáxia ativa.
Uma equipe internacional concebeu a teoria de uma rede de detectores no início dos anos 2010 — conhecida uma vez que Telescópio de Neutrinos do Quilômetro Cúbico, ou KM3NeT — que poderia ser capaz de detectar neutrinos no oceano profundo. A instalação da rede começou em 2015. O KM3NeT realizou a detecção recorde em 13 de fevereiro de 2023, quando a partícula iluminou um de seus dois detectores. O ARCA, ou Pesquisa de Astropartículas com Raios Cósmicos no Decadência, repousa a uma profundidade de 3.450 metros, enquanto o ORCA, ou Pesquisa de Oscilação com Raios Cósmicos no Decadência, está a uma profundidade de 2.450 metros no fundo do Mar Mediterrâneo.
O detector ARCA, localizado próximo à costa siciliana perto de Capo Passero, Itália, foi projetado para detectar neutrinos de subida pujança, enquanto o ORCA, próximo a Toulon no sudeste da França, é devotado à procura por neutrinos de baixa pujança. O KM3NeT, que inclui uma rede de sensores ancorados no fundo do mar, ainda está em construção. Mas havia detectores suficientes instalados para captar o neutrino de subida pujança, segundo os autores do estudo.
O detector ARCA estava operando com exclusivamente 10% de seus componentes planejados quando a partícula traçou um caminho quase nivelado através de todo o telescópio, acionando sinais em mais de um terço dos sensores ativos. O detector registrou mais de 28.000 fótons de luz produzidos pela partícula carregada.
Se a pujança contida no neutrino fosse convertida para nossa compreensão de objetos cotidianos, equivaleria a 0,04 joules, ou a pujança de uma esfera de ping-pong derrubada de uma profundeza de 1 metro, disse o coautor do estudo Aart Heijboer, coordenador de física do KM3NeT e professor do Instituto Pátrio Holandês de Física Subatômica, ou NIKHEF, e da Universidade de Amsterdã, nos Países Baixos.
“Portanto não é uma grande quantidade de pujança para objetos cotidianos, mas o traje de que tal semelhança com o mundo cotidiano é sequer verosímil é notável em si mesmo. Toda essa pujança estava contida em uma única partícula rudimentar”, disse Heijboer por e-mail.
Em graduação de partículas, o neutrino foi considerado ultraenergético, com aproximadamente 1 bilhão de vezes 100 milhões de vezes a pujança dos fótons de luz visível, segundo os autores do estudo.
A detecção de neutrinos na Terreno permite que os pesquisadores rastreiem suas fontes. Compreender de onde essas partículas vêm poderia revelar mais sobre a origem dos misteriosos raios cósmicos, há muito considerados a principal nascente de neutrinos quando os raios atingem a atmosfera terrestre.
As partículas mais energéticas do universo, os raios cósmicos bombardeiam a Terreno do espaço. Esses raios são compostos principalmente de prótons ou núcleos atômicos, e são liberados por todo o universo porque o que os produz é um acelerador de partículas tão poderoso que ofusca as capacidades do Grande Colisor de Hádrons.
Os pesquisadores acreditam que um tanto poderoso liberou o neutrino recém-descoberto, uma vez que uma explosão de raios gama ou a interação de raios cósmicos com fótons da radiação cósmica de fundo em micro-ondas, que é a radiação remanescente do big bang há 13,8 bilhões de anos.
Durante o estudo, os autores também identificaram 12 possíveis blazares que podem ser responsáveis pela geração do neutrino. Os blazares são compatíveis com a direção estimada que a partícula percorreu, com base em dados coletados pelos detectores e dados cruzados de telescópios de raios gama, raios X e rádio. Mas mais pesquisas são necessárias.
“Muitas detecções de neutrinos cósmicos falham em mostrar fortes correlações com objetos catalogados, talvez indicando populações de fontes muito distantes da Terreno, ou sugerindo um tipo ainda não desvelado de objeto astrofísico”, disse Erik K. Blaufuss, observador pesquisador e astrofísico de partículas do departamento de física da Universidade de Maryland, College Park, em um cláusula que acompanha o estudo. Blaufuss não esteve envolvido no estudo.
“Embora uma compreensão completa das origens deste evento ligeiro tempo, continua sendo uma extraordinária mensagem de boas-vindas para o KM3NeT”, disse ele.
Cientistas se preparam para reiniciar acelerador de partículas em procura de “material escura”