Os cientistas descobriram uma “partícula fantasma” ou neutrino ultrapoderosa que atingiu a Terra e foi descoberta no Mar Mediterrâneo em 2023. Pode ter sido um blazar impulsionado por um motor de buraco negro que explodiu em direção à Terra.
Um blazar é um tipo de quasar, uma região no centro de uma galáxia que produz buracos negros supermassivos e libera poderosos jatos de radiação. Os blazares são diferentes dos quasares “comuns” porque a sua orientação significa que os seus jactos de energia, partículas e plasma estão apontados directamente para a Terra.
Um neutrino tem 30 vezes a energia que carrega e 30 vezes a energia do neutrino anterior Os neutrinos mais energéticos já detectados. Chegou à Terra em 13 de fevereiro de 2023, viajando quase à velocidade da luz, e foi descoberto através da detecção de múons individuais (partículas subatômicas). Telescópio Neutrino Cubo Quilômetro (KM3NeT), localizado a 11.300 pés (3.450 metros) abaixo das ondas do Mar Mediterrâneo. Inicialmente pensou-se que os blazares eram a fonte das partículas, mas a equipa de cientistas decidiu identificar uma classe específica destes eventos provocados por buracos negros supermassivos como a possível origem.
“Existem várias explicações possíveis para a origem desta partícula”, disse Meriem Bendahman, membro da equipa de colaboração KM3NeT. disse em um comunicado. “Por exemplo, foi proposto que tais neutrinos são produzidos quando raios cósmicos de ultra-alta energia interagem com a radiação cósmica de fundo (CMB), a luz remanescente do universo primitivo. Mas também é possível que os neutrinos se originem de fluxos difusivos produzidos por um grupo de aceleradores extremos, como os blazares.”
“Fantasma” de alta energia
Os neutrinos são chamados de “partículas fantasmas” porque não têm carga elétrica e quase nenhuma massa, o que significa que têm pouca interação ao passarem pela matéria. Na verdade, enquanto você acaba de ler esta frase, aproximadamente 100 trilhões de neutrinos viajavam pelo seu corpo quase à velocidade da luz. Isto torna extremamente difícil a detecção de neutrinos, mesmo neutrinos como este, que transportam 220 milhões de energia bilhão Elétron-volts.
Para contextualizar, isso é 30.000 vezes a energia do maior acelerador de partículas da Terra, conhecido como o maior acelerador de partículas da Terra. O Large Hadron Collider (LHC) é capaz de conseguir isso. Na verdade, para acelerar partículas a tais energias, o comprimento do LHC teria de ser expandido dos actuais 17 milhas (27 quilómetros) para cerca de 25.000 milhas (40.000 quilómetros), ou seja, toda a circunferência da Terra.
Não admira que os cientistas estejam ansiosos por compreender de onde vem esta partícula e como é impulsionada a energias tão elevadas.
A equipe partiu como detetives forenses cósmicos para sequenciar as possíveis origens desta partícula de neutrino de alta energia, classificando a detecção da partícula como uma cena de crime e procurando possíveis pistas que apontassem para o culpado.
A primeira pista que os pesquisadores encontraram foi que os neutrinos pareciam originar-se da mesma região do espaço, mas não havia sinal de radiação eletromagnética no rádio, na óptica, nos raios X ou nos raios gama. Eles gostariam de ver isso se as partículas fossem emitidas por um único evento explosivo, como uma explosão estelar ou uma supernova.
“Isto não exclui completamente a possibilidade de fontes pontuais, mas leva-nos a pensar que os nossos neutrinos podem vir de um fundo difuso – isto é, de um fluxo de neutrinos que inclui muitas fontes,” disse Bendaman.
A fonte é, por exemplo, um grupo de blazares impulsionados por buracos negros.
Bendaman simulou uma população de blazares, levando em consideração observações de suas características, como a força de seus campos magnéticos e o alcance da radiação que emitem. Suas simulações permitiram variar dois parâmetros importantes: Como os prótons se comparam aos elétrons (chamado de “carga bariônica”) e como a energia é distribuída entre os prótons; e qual a probabilidade de as partículas atingirem energias ultra-altas. O segundo parâmetro determina quantos neutrinos podem ser produzidos, o fluxo de neutrinos (a força do fluxo) e quantos raios gama são produzidos.
O modelo desenvolvido pelos investigadores deve também ter em conta a falha de outras instalações, como o KM3NeT, ainda em construção na costa da Sicília, e o observatório de neutrinos IceCube, na Antártida, em detectar neutrinos semelhantes de alta energia. Isto significa que qualquer evento que produza tais neutrinos de alta energia é relativamente raro.
Além disso, como a produção de neutrinos é acompanhada pela emissão de raios gama, o modelo deve garantir que, ao produzir neutrinos de alta energia, o blazar não produz radiação de raios gama suficiente para exceder o fundo extragaláctico de raios gama medido pelo Telescópio Espacial Fermi.
“Modelamos populações de blazares realistas usando parâmetros fisicamente determinados e descobrimos que essas populações de blazares poderiam explicar a origem deste evento de energia ultra-alta, ao mesmo tempo que atendiam às restrições de nossas observações de raios gama e neutrinos”, disse Bendaman.
Embora as descobertas da equipa sugiram que as populações de blazares podem ser responsáveis por tais neutrinos de alta energia, o caso está longe de terminar.
“Precisamos de mais dados observacionais”, disse Bendaman. “Nunca havíamos observado um neutrino de tão alta energia antes, e se ele vier de um acelerador cósmico como um blazar, nos dará novos insights sobre como esses objetos emitem partículas com energias além das que esperávamos anteriormente”.
A pesquisa da equipe foi publicada em Jornal de Cosmologia e Física de Astropartículas (JCAP).
