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Usan neutrinos para observar los alrededores de un agujero negro supermasivo

Se han observado neutrinos provenientes del agujero negro supermasivo situado en el núcleo activo de la galaxia NGC 1068, en una detección histórica. Estos neutrinos nos permitirán estudiar esta galaxia desde una perspectiva completamente nueva y afinar nuestros detectores y algoritmos.

A la hora de observar el universo todo son dificultades, por lo que quienes se dedican a la astronomía han ido perfeccionando formas alternativas de observar el universo desde que se inventó el primer telescopio, que era más bien un catalejo, hace cuatro siglos. Cuando la parte visible del espectro se nos quedó estrecha y quisimos averiguar qué escondía el universo en el resto de longitudes de onda empezamos a crear telescopios de ondas de radio o de microondas. Cuando pudimos salir al espacio a observar, con nuestros telescopios espaciales, pusimos en órbita telescopios que observaban en infrarrojos, ultravioleta, rayos X y rayos gamma.
Llegó un momento en que ni siquiera toda la anchura del espectro electromagnético nos resultaba suficiente, pues sabíamos que había mucho más ahí fuera que nos estábamos perdiendo simplemente por no tener los instrumentos apropiados para observarlo. De ahí surgieron, lentamente o tras el trabajo de décadas, la astronomía de las ondas gravitatorias, que utiliza las vibraciones del propio espaciotiempo para observar el universo, y la astronomía de neutrinos, que sustituye a los fotones de la luz por neutrinos para conocer el interior de los astros.
La astronomía de neutrinos empezó a considerarse como una posibilidad hace más de 60 años, pero no ha sido hasta la última década que ha conseguido hacer observaciones potentes. Esto se debe a la misma naturaleza fundamental de los neutrinos. El motivo por el que es una idea tan fantástica utilizar estas partículas en astronomía es el mismo por el que esta rama de la astronomía resulta tan increíblemente compleja y escueta en resultados.
Los neutrinos son partículas fundamentales de la familia de los leptones. Eso significa que están relacionadas con los electrones, pues también estos son leptones. La definición técnica nos diría que un leptón es cualquier partícula de espín semientero que no siente las interacciones fuertes. Que sea de espín semientero a nosotros solo nos interesa porque pertenece al tipo de partículas que forman materia, como los electrones y quarks (y por tanto protones y neutrones), a diferencia de los bosones, que no forman materia y entre los cuales están el fotón y el gluón. Existen tres tipos de neutrinos, cada uno asociado al electrón y sus partículas hermanas, el muón y el tauón. Todos los neutrinos poseen una masa pequeñísima, tan pequeña que aún no la hemos podido medir con exactitud, y no poseen carga eléctrica.
Todo esto significa que solo sentirán dos de las cuatro interacciones fundamentales: la gravitatoria y la débil, aunque la gravitatoria apenas por su diminuta masa. La interacción débil es la más débil de las interacciones, obviando la gravitatoria, pero aún así lo que la hace elusiva es su cortísimo alcance. Para que la interacción débil tenga efecto entre dos partículas, éstas deben estar situadas a una distancia cientos de veces menor que el diámetro de un protón.
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Usan neutrinos para observar los alrededores de un agujero negro supermasivo

Los neutrinos se producen en grandes cantidades en el interior de las estrellas o en los discos de acreción que rodean a los agujeros negros y es precisamente esa dificultad para reaccionar con otras partículas las que les permite salir de estos ambientes tan densos y sometidos a tales presiones y temperaturas, prácticamente sin perturbar. También esto les permite atravesar las nubes de gas y polvo que pueblan una galaxia o el espacio intergaláctico como si nada y finalmente alcanzar la Tierra. Pero esta débil interacción es por supuesto un arma de doble filo y nos dificulta enormemente su detección, incluso con los instrumentos más sofisticados y masivos que somos capaces de construir.
Uno de estos detectores, el IceCube, ha recibido protagonismo recientemente, por una detección histórica que han hecho. Este detector consiste en verdad de más de 5000 detectores individuales enterrados bajo el hielo del polo Sur, en la Antártida, entre 1’5 y 2’5 kilómetros de profundidad. Esto es así para aislarlos del ruido ambiental. El detector IceCube detectó neutrinos superenergéticos provenientes del agujero negro supermasivo que ocupa el centro de la galaxia NGC 1068, también conocida como Messier 77. Esta es una galaxia espiral, similar a la Vía Láctea y situada a 47 millones de años luz de distancia. Fue descubierta en 1780 y ha sido estudiada en detalle desde entonces.
IceCube ha detectado 80 neutrinos provenientes del núcleo de NGC 1068, convirtiendo esta galaxia en el cuarto objeto observado por su emisión en neutrinos y el tercero de fuera de nuestro sistema solar, pues el primero fue el Sol. Esta pequeña cantidad de neutrinos detectada no es por supuesto la que desearíamos haber descubierto, pero es más que suficiente para establecer a NGC 1068 como su fuente y para estudiar esta galaxia desde una perspectiva completamente nueva. Estas observaciones son además especialmente útiles porque el núcleo activo de esta galaxia se encuentra oculto para nosotros por una densa nube de gas y polvo cósmico, que nos impide observarlo directamente.
Esta observación y el hardware y el software que la han hecho posible, sin duda marcarán un antes y un después en la astronomía de neutrinos y, más importante, en nuestro estudio y conocimiento del universo.
Referencias:
R. Abbasi, Evidence for neutrino emission from the nearby active galaxy NGC 1068. Science, 2022; 378 (6619): 538 DOI: 10.1126/science.abg3395

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