A finales de 2019, Betelgeuse, la estrella que forma el hombro izquierdo de la constelación de Orión, comenzó a oscurecerse notablemente, lo que provocó la especulación de una supernova inminente. Si explotara este vecino cósmico a solo 700 años luz de la Tierra sería visible durante el día durante semanas. Sin embargo, el 99% de la energía de la explosión no sería transportada por la luz, pero por neutrinos, partículas fantasmales que rara vez interactúan con otra materia.

Si Betelgeuse se convierte en supernova pronto, detectar los neutrinos emitidos "mejoraría drásticamente nuestra comprensión de lo que está sucediendo en el interior del núcleo de una supernova, ", dijo el teórico del Fermilab Sam McDermott. Y presentaría una oportunidad única para investigar las propiedades de los neutrinos en sí. El Experimento de Neutrinos Subterráneos Profundos, alojado por Fermilab y planeado para comenzar a operar a fines de la década de 2020, se está desarrollando con estos objetivos en mente.

El detector lejano de DUNE, un enorme tanque de argón líquido en la Instalación de Investigación Subterránea de Sanford en Dakota del Sur, captará las señales dejadas por los neutrinos emitidos por el Fermilab, así como las que llegan desde el espacio. Dado que una supernova emite neutrinos uniformemente en todas direcciones, el número de neutrinos que DUNE pudo detectar cae como el cuadrado de la distancia entre la supernova y la Tierra. Es decir, el número de neutrinos que podrían detectarse 10, 000 años luz de distancia de una supernova es 100 veces menor que el número que podría detectarse en una supernova 1 igualmente poderosa, 000 años luz de distancia.

Por esta razón, si ocurre una supernova en medio de nuestra galaxia, a decenas de miles de años luz de distancia, Es probable que DUNE detecte algunos miles de neutrinos. Debido a la relativa proximidad de Betelgeuse, sin embargo, Los científicos esperan que DUNE detecte alrededor de un millón de neutrinos si la supergigante roja explota en las próximas décadas. ofreciendo una bonanza de datos.

Aunque la luz de la supernova de Betelgeuse persistiría durante semanas, la explosión de neutrinos duraría sólo unos minutos.

"Imagina que estás en el bosque, y hay un prado y hay luciérnagas, y es la hora de la noche donde salen miles de ellos, "dijo Georgia Karagiorgi, físico de la Universidad de Columbia que dirige el equipo de selección de datos en DUNE. "Si pudiéramos ver las interacciones de los neutrinos a simple vista, así es como se vería en el detector DUNE ".

El detector no fotografiará directamente los neutrinos entrantes. Bastante, rastreará las trayectorias de las partículas cargadas generadas cuando los neutrinos interactúan con los átomos de argón. En la mayoría de los experimentos, Las interacciones de neutrinos serán lo suficientemente raras como para evitar confusiones sobre qué neutrino causó qué interacción y en qué momento. Pero durante la supernova de Betelgeuse, tantos neutrinos que llegan tan rápido podrían representar un desafío en el análisis de datos, similar al seguimiento de una sola luciérnaga en un prado lleno de insectos.

"Para eliminar las ambigüedades, confiamos en información ligera que obtenemos de inmediato tan pronto como se produce la interacción, "Dijo Karagiorgi. La combinación de la firma de luz y la firma de carga permitiría a los investigadores distinguir cuándo y dónde ocurre cada interacción de neutrinos.

Desde allí, los investigadores reconstruirían cómo los tipos, o sabores, y las energías de los neutrinos entrantes variaron con el tiempo. El patrón resultante podría luego compararse con modelos teóricos de la dinámica de las supernovas. Y podría arrojar luz sobre las masas de neutrinos aún desconocidas o revelar nuevas formas en que los neutrinos interactúan entre sí.

Por supuesto, Los astrónomos que esperan que Betelgeuse se convierta en supernova también están interesados ​​en la luz generada por la explosión de la estrella. Cuando esté completo, DUNE se unirá al Sistema de Alerta Temprana de Supernova, o SNEWS, una red de detectores de neutrinos alrededor del mundo diseñada para enviar automáticamente una alerta cuando una supernova está en progreso en nuestra galaxia. Dado que los neutrinos atraviesan una supernova sin obstáculos, mientras que las partículas de luz se absorben y reemiten continuamente hasta llegar a la superficie, el estallido de neutrinos llega a la Tierra horas antes que la luz, de ahí la alerta temprana.

SNEWS nunca ha enviado una alerta. Aunque cada año se observan cientos de supernovas, el más reciente lo suficientemente cerca de la Tierra para que se detecten sus neutrinos ocurrió en 1987, más de una década antes de que SNEWS apareciera en línea. Basado en otras observaciones, Los astrónomos esperan que ocurra una supernova en nuestra galaxia varias veces por siglo en promedio.

"Si ejecutamos DUNE durante algunas décadas, tenemos buenas probabilidades de ver uno, y podríamos extraer mucha ciencia de ello, "dijo Alec Habig, físico de la Universidad de Minnesota, Duluth, quien coordina SNEWS y está involucrado en la adquisición de datos en DUNE. "Así que asegurémonos de poder hacerlo".

Dado el enorme radio de la supergigante roja, Habig dijo:DUNE detectaría neutrinos de Betelgeuse hasta 12 horas antes de que la luz de la explosión llegue a la Tierra, dando a los astrónomos suficiente tiempo para apuntar sus telescopios al hombro de Orión.

Las observaciones continuas de Betelgeuse sugieren que su reciente atenuación fue un signo de su variabilidad natural, no una supernova inminente. Las estimaciones actuales dan a la estrella hasta 100, 000 años de vida.

Pero si los científicos tienen suerte, "una explosión en Betelgeuse sería una oportunidad increíble, "McDermott dijo, "y DUNE sería una máquina increíble para el trabajo".