Neutrinos “fantasmagóricos” nos ajudam a ver nossa Via Láctea como nunca antes

Em 1923, o escritor francês Marcel Proust publicou o quinto livro de seu épico de sete volumes, Remembrance of Things Past. Nele, ele escreveu uma passagem que ao longo do tempo foi parafraseada como “a verdadeira viagem de descoberta consiste… não em procurar novas paisagens, mas em ter novos olhos”. Esta é uma mensagem que os astrónomos conhecem há muito tempo e foi demonstrada mais uma vez num anúncio recente de uma fotografia nova e única da Via Láctea. Esta imagem abre uma forma totalmente diferente de compreender o nosso ambiente galáctico.

Desde tempos imemoriais, os astrônomos observam o céu usando o espectro eletromagnético, desde a olho nu da pré-história até o primeiro uso de um telescópio em 1610. Seguiram-se as ondas de rádio em 1932 e os raios gama na década de 1960. Mas a radiação eletromagnética (cuja forma de partícula é um fóton) não é a única coisa que pode cruzar o espaço interestelar. Outro mensageiro é o enigmático neutrino, uma partícula emitida em alguns tipos de decaimento nuclear.

Os pesquisadores usaram o detector IceCube para procurar neutrinos muito energéticos vindos do espaço profundo. IceCube é enorme: é composto por um quilômetro cúbico de gelo localizado no Pólo Sul. Os neutrinos do espaço passam pela atmosfera e interagem no gelo. Essas interações depositam muita energia, que é convertida em um piscar de luz de curta duração. Usando uma variedade de padrões de piscadas, os pesquisadores conseguem descobrir a direção de onde vinha o neutrino original.

Essa medição foi muito difícil. Os neutrinos são emitidos a partir de reações nucleares, e o maior reator nuclear próximo é o sol. Na verdade, todas as estrelas emitem neutrinos, embora a energia dos neutrinos emitidos pelas estrelas tenda a ser muito inferior às que o detector IceCube procurava. No entanto, a taxa de detecção de neutrinos de baixa energia foi muito maior do que a de neutrinos de alta energia. A descoberta do sinal de alta energia exigiu dez anos de dados e técnicas avançadas de IA.

O trabalho árduo valeu a pena, produzindo um conjunto de dados com cerca de 60.000 ocorrências de neutrinos de alta energia provenientes do espaço. Como os neutrinos são emitidos por objetos astronômicos, os pesquisadores esperavam que as fontes mais frequentes de neutrinos de alta energia estivessem no plano da Via Láctea, e foi isso que descobriram.

O processo pelo qual os neutrinos galácticos de alta energia são criados ainda não é completamente compreendido. Pensa-se que não se originam diretamente no interior de estrelas, supernovas ou outros objetos astronômicos. Em vez disso, os astrónomos pensam que os raios gama são a fonte. Os raios gama são uma forma de radiação eletromagnética de alta energia, muito mais poderosa que os raios X. Eles são emitidos por estrelas muito quentes e massivas, bem como pelo gás extremamente quente que cerca um buraco negro.

Esses raios gama voam pelo espaço e ocasionalmente interagem com o gás hidrogênio flutuando entre as estrelas. Acredita-se que a interação entre os raios gama e os núcleos de hidrogênio produz o tipo de neutrinos de alta energia observados pelo IceCube.

Os pesquisadores testaram essa hipótese e descobriram que ela parece ser aproximadamente verdadeira. Os raios gama e os neutrinos de alta energia mais energéticos parecem vir dos mesmos locais no espaço. No entanto, a evidência não é definitiva. Embora os astrônomos possam determinar com muita precisão a origem dos raios gama, eles não alcançaram a mesma precisão para os neutrinos. Quando um neutrino de alta energia é detectado no IceCube, a direção original de deslocamento do neutrino só pode ser determinada com uma precisão de cerca de cinco graus. Isto é suficiente para estabelecer apenas uma correlação aproximada entre fontes de raios gama e emissão de neutrinos.

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Quando os investigadores usam o padrão bem conhecido de emissão de raios gama na Via Láctea para prever a taxa esperada de produção de neutrinos de alta energia, descobrem que são detectados mais neutrinos do que o esperado. Essa discrepância tem chamado a atenção dos astrônomos, que tentam entender de onde vem o inesperado excesso de neutrinos de alta energia.