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Las partículas fantasma que se estrellaron en la Antártida pueden resolver el misterio de los rayos cósmicos

Nacidos en la cuna del espacio profundo, los rayos cósmicos se disparan casi a la velocidad de la luz y aprovechan la energía hasta un millón de veces más que cualquier cosa lograda por el acelerador de partículas más poderoso del mundo, los fragmentos atómicos llueven sin descanso sobre la Tierra. Están atrapados en nuestra atmósfera y estropean nuestros satélites. ellos amenazan salud de los astronautas que viven en órbita, incluso cuando son pocos en número.

¿Qué tipo de fábrica cósmica extrema podría hacer tal cosa, te preguntarás? no está claro. De hecho, esta pregunta ha intrigado a los científicos durante más de un siglo. pero en Jueves en la revista ScienceAhora, los astrofísicos han anunciado que pueden haber descubierto evidencia crucial para armar la historia del origen de los rayos cósmicos.

La versión corta es que creen que los rayos cósmicos provienen de plazas, o galaxias que contienen agujeros negros masivos con chorros activos que apuntan hacia la Tierra, corrientes tan intensas que son incluso más poderosas que toda la región galáctica circundante. Son el tipo de fenómenos de los que uno podría esperar que vinieran partículas feroces.

“Esto, por supuesto, significa que estamos sentados completamente en el haz de partículas que nos arroja el agujero negro”, Francis Halzen, profesor de física en la Universidad de Wisconsin-Madison y científico jefe de la Universidad de Wisconsin-Madison. Observatorio de neutrinos Ice Cubeque no participó en el nuevo estudio, en un comunicado.

Aquí está la versión larga.

Código secreto de neutrinos

Esencialmente, el nuevo equipo de estudio usó el arte de la deducción para descubrir de dónde provienen estos extraños átomos.

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Primero, rastrearon un tipo de rama de rayos cósmicos llamada neutrino.

Conocidas como “partículas fantasma”, Los neutrinos son un gran rompecabezas en sí mismos. Son tan escurridizos que apenas interactúan con nada, pero explotan con fuerza por todo el universo. A medida que viajan, los neutrinos no tocan ni siquiera los componentes básicos más pequeños de la vida, los átomos, lo que significa que billones de ellos ya se están expulsando. para ti átomos ahora. No puedes decirlo.

Sin embargo, para los rayos cósmicos específicamente, se cree que los neutrinos comienzan en algún momento a lo largo de la vida útil de las partículas desconcertantes. Su legado está conectado, por así decirlo.

Por lo tanto, el equipo de investigación se dio cuenta de que si pudiéramos entender de dónde provienen los neutrinos astrofísicos, tendríamos una idea sólida de dónde también podrían originarse los rayos cósmicos. Piense en los neutrinos como pequeños mensajeros misteriosos que nos dicen dónde están sus padres de rayos cósmicos. Sorprendentemente, este tipo de “partículas mensajeras” dio lugar a un campo completamente nuevo de la astronomía llamado astronomía de múltiples mensajeros.

En lugar de confiar únicamente en la luz para decodificar el universo, la fuerza impulsora detrás de él El excepcional telescopio James Webb de la NASApor ejemplo, los científicos pueden invocar partículas escurridizas, incluso ondas gravitacionales, para diseccionar y enjambrar fenómenos transportados por el espacio.

“Es como sentir, escuchar y ver al mismo tiempo. Obtendrá una comprensión mucho mejor”, dijo Marco Ajello, profesor asociado de física y astronomía en la Universidad de Clemson y autor del estudio. Dijo en un comunicado. “Lo mismo es cierto en astrofísica porque la información que tienes de múltiples descubrimientos de diferentes reporteros es mucho más detallada de lo que puedes obtener solo con la luz”.

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Buscando desde el interior de la Antártida

Entonces, centrándose en la astronomía de mensajes múltiples, para llegar al núcleo de las cosas, los científicos primero analizaron lo que ellos llaman el “conjunto de datos de neutrinos más grande disponible” optimizado para la investigación, recopilado de Observatorio de neutrinos Ice Cube, que es una base científica enterrada en lo profundo de la Antártida. En 2017, Este observatorio detectó un neutrino que luego se remonta a una explosión aterradora llamada TXS 0506 + 056..

Pero todavía hay debate sobre si estos blazares son realmente aceleradores de partículas naturales que producen rayos cósmicos. Otros expertos creen, por ejemplo, que los rayos cósmicos son gotas de polvo estelar que chocan en el espacio, producto de la supernovas violentas Ilumina el universo.

Observatorio antártico IceCube, rodeado de nieve, con una unidad central rectangular y dos torres cilíndricas a cada lado

Observatorio de neutrinos IceCube en la Antártida.

Eric Besser, IceCube/NSF

Aunque es necesario poner fin a esta controversia, según el nuevo equipo de estudio, cotejaron los resultados de IceCube con un catálogo de chaquetas (para ser exactos, las chaquetas de PeVatron, que aceleran las partículas a al menos 10^15 electronvoltios) y obtuvieron fuerte evidencia sobre el entrelazamiento de los dos.

Los autores del estudio escribieron: “En este trabajo, mostramos que los blazares están vinculados sin ambigüedades a los neutrinos astrofísicos de alta energía en un nivel de confianza sin precedentes”.

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La pantalla del detector IceCube muestra un neutrino interactuando con una molécula de hielo.

IceCube/NSF Colaboración

“Tuvimos una pista en ese momento (en 2017) y ahora tenemos evidencia”, dijo Ajello.

Sarah Bosson, coautora del estudio de la Universidad Julius Maximilian en Alemania, en un comunicado.

Es importante destacar que Boson también señala que estos resultados provinieron de observar solo los conjuntos “prometedores” de los datos de neutrinos de IceCube, lo que significa que profundizar en los grupos de fondo podría proporcionar evidencia más sólida y allanar el camino para más descubrimientos en el futuro.

En palabras de Aljello, esta nueva evidencia de neutrinos “nos pone un paso más allá en la resolución del misterio centenario sobre el origen de los rayos cósmicos”.

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