Partícula Fantasma: a descoberta do neutrino mais energético já detectado no mediterrâneo
Partículas de alta energia estão constantemente bombardeando a Terra, mas os cientistas agora detectaram algo espetacular: um neutrino vindo do espaço profundo com uma energia muito maior do que qualquer outra observada anteriormente.
Em 13 de fevereiro de 2023, um detector subaquático na costa da Sicília registrou um evento de neutrino recorde. A energia da partícula foi estimada em impressionantes 220 petaeletronvolts (PeV) – para comparação, o recordista anterior tinha apenas 10 PeV.
Apenas alguns poucos corpos astronômicos são capazes de acelerar partículas a tais energias extremas, como supernovas ou buracos negros. Um possível culpado pode ser um blazar – um buraco negro supermassivo particularmente ativo que lança um jato de radiação quase diretamente em direção à Terra.
Dado o nível de energia sem precedentes, pode também ser o primeiro neutrino cosmogênico jamais detectado, significando que ele foi gerado por raios cósmicos interagindo com fótons da radiação de fundo remanescente do Big Bang.
O Desafio de Detectar Neutrinos
Neutrinos são partículas elementares sem carga elétrica e com uma massa tão pequena que por muito tempo se pensou ser zero. Bilhões delas passam através de nossos corpos a cada segundo, mas interagem tão raramente com a matéria que não as percebemos.
O lado negativo é que isso torna os neutrinos muito difíceis de detectar. Para isso, é necessário coletar um grande volume de um meio como água ou gelo, e observá-lo com milhares de ‘olhos’ para os flashes de luz característicos resultantes de uma cascata de interações desencadeada pelos neutrinos.
O neutrino recorde foi detectado por uma das duas matrizes do Telescópio de Neutrinos de Quilômetro Cúbico (KM3NeT), localizado a 3.450 metros abaixo da superfície do Mar Mediterrâneo. Ali, 378 módulos, cada um contendo 31 detectores sensíveis à luz, vigiam a água ao redor em busca do elusivo lampejo de um neutrino.
Durante o evento de 2023, mais de 28 mil fótons foram detectados enquanto partículas produzidas pela passagem do neutrino atravessavam todo o volume do detector. A chuva de partículas veio quase horizontalmente, significando que o neutrino responsável por elas deve ter viajado através de uma boa quantidade de rocha e água na crosta terrestre antes de atingir um átomo à vista do KM3NeT.
De Onde Vem Esse Neutrino?
A luz em si veio de outra partícula elementar chamada múon, que são produzidas durante as interações em cascata. Este múon foi estimado ter uma energia de cerca de 120 PeV, o que é incrivelmente alto para essas partículas. Mas isso não é nada comparado à sua partícula progenitora.
Então, o que poderia lançar um neutrino a um nível de energia tão sem precedentes? Como essas partículas não interagem muito com a matéria, podem viajar longas distâncias sem serem perturbadas, tornando difícil determinar exatamente de onde vieram.
A equipe investigou quatro hipóteses dentro da região do céu de onde o neutrino veio. A fonte era algo dentro da nossa galáxia; algo fora dela, mas ainda dentro do Universo local; um evento transitório como um estouro de raios gama; ou algo de uma galáxia distante.
Nada naquela direção realmente se encaixava nas três primeiras opções, a equipe encontrou. Isso deixou apenas fontes extragalácticas, e, entre essas, buracos negros supermassivos ativos deveriam dominar. Dada a incrível energia deste neutrino, teria que ser uma fonte muito ativa, como um blazar.
Investigando as Possíveis Fontes
Em seguida, os pesquisadores buscaram naquela região do céu em múltiplos comprimentos de onda para identificar blazares que poderiam ser os responsáveis. Um alinhamento de 12 foi identificado, mas o caso está longe de ser encerrado.
A produção de neutrinos cosmogênicos é outra possibilidade. Isso significa que as partículas de alta energia são geradas como resultado de raios cósmicos interagindo com o fundo cósmico de micro-ondas – a radiação remanescente do Big Bang – ou com a luz de fundo entre galáxias.
Se for o caso, isso marcaria a primeira detecção conhecida de um neutrino produzido desta forma. Estudos adicionais serão necessários para resolver o mistério de uma forma ou de outra. A pesquisa foi publicada na revista Nature.
Essa descoberta revolucionária está abrindo um novo capítulo da astronomia de neutrinos, além de uma nova janela de observação do universo, afirmou Paschal Coyle, porta-voz do KM3NeT e pesquisador do Centre National de la Recherche Scientifique – Centre de Physique des Particules de Marseille, na França.
Para mais informações, veja o artigo original na CNN.
