El telescopio Ice Cube construido en la Antártida. Crédito:Felipe Pedreros
Científicos del Instituto de Física P. N. Lebedev de la Academia de Ciencias de Rusia (LPI RAS), el Instituto de Física y Tecnología de Moscú (MIPT) y el Instituto de Investigación Nuclear de RAS (INR RAS) han estudiado las direcciones de llegada de neutrinos astrofísicos con energías superiores a un billón de electronvoltios (TeV) y llegaron a una conclusión inesperada:todos ellos nacen cerca de agujeros negros en los centros de galaxias activas distantes de poderosas fuentes de radio. Previamente, Se supuso que solo los neutrinos con las energías más altas se obtenían en fuentes de esta clase.
Los investigadores creen que existen enormes agujeros negros en los centros de las galaxias activas de nuestro universo. Son el corazón de estos objetos con una luminosidad de cientos de millones de soles. Las galaxias activas que también son simplemente quásares son claramente visibles desde la Tierra con telescopios ópticos y radiotelescopios.
Más temprano, Los científicos rusos Alexander Plavin, Sergey Troitsky y los Kovalev (padre e hijo, ambos Yuri) han encontrado una conexión entre el origen de los neutrinos de las energías más altas (por encima de 200 billones de electronvoltios, es decir, TeV) y quásares de radio. Esto fue bastante sorprendente, porque los artículos teóricos de la década de 1990 indicaron que los neutrinos astrofísicos solo nacerían a energías superiores a 1000 TeV.
Los neutrinos son diminutas partículas elementales con una masa apenas superior a cero, pero pueden atravesar el universo sin interactuar con la materia y sin obstrucciones. Millones de neutrinos por segundo atraviesan cada persona en la Tierra, completamente desapercibido. Para registrar neutrinos, una colaboración internacional de científicos ha construido un telescopio de hielo especial en la Antártida:el detector Cherenkov IceCube con un volumen de 1 kilómetro cúbico. En Rusia, INR RAS y JINR están completando la construcción del telescopio acuático Baikal GVD en el lago Baikal, cuyo volumen ya ha alcanzado los 0,4 kilómetros cúbicos. Ahora la adquisición de datos está en marcha en la parte de funcionamiento de la instalación, que ya se había puesto en funcionamiento. Estas instalaciones estudian el cielo en los hemisferios norte y sur.
El detector de radiación Cherenkov, también conocido como fotomultiplicador (módulo óptico), está siendo sometido a un control final antes de sumergirse en las aguas del lago Baikal. Esta es la parte del telescopio que recopila y transmite información sobre un destello débil que acompaña la interacción de los neutrinos en el agua a través de un cable hasta la orilla. Crédito:Bair Shaybonov.
Después de analizar los datos recopilados durante siete años en el telescopio IceCube, Inicialmente, los científicos optaron por analizar un rango superior a 200 TeV para estudiar de qué dirección provenían estos neutrinos. Resultó que una parte significativa de ellos nació en cuásares, identificado por radiotelescopios por su alto brillo. Más precisamente, los neutrinos nacieron en algún lugar de los centros de los cuásares. Hay enormes agujeros negros alimentando sus discos de acreción, así como eyecciones ultrarrápidas de gas muy caliente. Es más, Existe una conexión entre las poderosas ráfagas de emisión de radio en estos quásares y el registro de neutrinos por el telescopio Ice Cube. Dado que los neutrinos viajan por el universo a la velocidad de la luz, las llamaradas nos llegan al mismo tiempo que los neutrinos.
Ahora en su nuevo artículo publicado en el Diario astrofísico , Los científicos rusos sostienen que los quásares también emiten neutrinos de energías de decenas de TeV. Como resultado, resulta que todo ... bueno, casi todos, los neutrinos astrofísicos de alta energía nacen en cuásares. Nota, además de ellos, hay neutrinos que nacen en la atmósfera terrestre, e incluso en el propio detector de cubitos de hielo durante la interacción de los rayos cósmicos con la materia.
"Es asombroso, ya que para la producción de neutrinos con energías que difieren en un factor de 100-1000, se requieren diferentes condiciones físicas. Los mecanismos de producción de neutrinos en núcleos galácticos activos discutidos anteriormente funcionaron solo a altas energías. Hemos propuesto un nuevo mecanismo para la producción de neutrinos en cuásares, que explica los resultados obtenidos. Si bien este es un modelo aproximado, es necesario trabajar en ello, para realizar simulación por ordenador, "dice el investigador jefe de INR RAS, miembro correspondiente de la Academia de Ciencias de Rusia Sergey Troitsky. El coautor del descubrimiento de LPI y MIPT, miembro correspondiente de la Academia de Ciencias de Rusia, Yuri Kovalev, explicó los resultados en el programa Cuenta de Hamburgo en OTR.
Mapa del cielo. Cuanto más oscuro es el lugar mayor es la probabilidad de que los neutrinos provengan de él en una dirección dada. Los quásares se muestran con círculos verdes. Se ve que los cuásares se concentran principalmente en regiones oscuras. Crédito:The Astrophysical Journal
En septiembre de 2020, un consorcio liderado por el Instituto de Investigaciones Nucleares de la Academia de Ciencias de Rusia ganó una subvención de tres años del Ministerio de Educación y Ciencia con una financiación de 100 millones de rublos por año sobre el tema "Neutrinos y astrofísica de partículas". Siete organizaciones unidas:INR RAS, JINR, LPI, MIPT, SAO RAS, EFS MSU, Universidad Estatal de Irkutsk. Cerca de 100 científicos trabajarán para resolver el problema del origen de los neutrinos, así como estudiar sus propiedades. El proyecto también incluye otros estudios destinados a comprender la naturaleza de los neutrinos astrofísicos de alta energía, incluida la búsqueda de fotones del mismo rango de energía en la instalación Carpet-3 del Observatorio de Neutrinos Baksan, INR RAS (norte del Cáucaso).
La conexión entre neutrinos y cuásares de radio ha despertado un gran interés en el mundo. Comienza el trabajo conjunto de científicos rusos con el experimento de neutrinos ANTARES en el mar Mediterráneo. Un artículo reciente de científicos europeos y estadounidenses confirmó de forma independiente el descubrimiento del equipo ruso utilizando datos de radiotelescopios en los Estados Unidos y Finlandia. Los nuevos eventos de la llegada de neutrinos astrofísicos ahora son rastreados por los radiotelescopios y conjuntos de antenas más grandes del mundo.
En 2021, Los científicos rusos recopilarán los primeros datos del telescopio Baikal GVD y los analizarán junto con los datos de RATAN-600 y las redes de radiotelescopios del mundo. lo que les permitirá examinar en detalle los centros de los cuásares. Nos esperan muchas cosas interesantes.
