Así veríamos el Sol si nuestros ojos pudieran ver neutrinos

Nuestros ojos son capaces de detectar luz, fotones, pero nada más. Sin embargo el universo se ve muy distinto si lo observamos detectando otras partículas, como los neutrinos.

En nuestra cabeza, a media altura, tenemos dos fantásticos detectores de partículas: nuestros ojos. Concretamente son capaces de detectar fotones, que no son más que las partículas que componen la luz. Sin embargo, no son capaces de detectar cualquier tipo de fotón, tan solo aquellos que tienen una energía dentro de un rango muy pequeño, lo que llamamos “parte visible del espectro electromagnético” o simplemente “luz visible”. Además de esta parte visible hay, por supuesto, dos partes invisibles. La que comprende a los fotones con más energía que la luz visible y la correspondiente a los fotones con menos energía.

Estos detectores de fotones que son nuestros ojos nos ayudan a circular por el mundo (aunque no son estrictamente necesarios para ello) y percibir aquello que nos rodea. Por supuesto la mayoría de fotones que acabamos detectando tienen su origen en el Sol. Pero el Sol no solo emite fotones, luz, sino que emite también otras partículas. Por un lado, el viento solar, formado por partículas cargadas (principalmente electrones y protones) y por otro, emite cantidades ingentes de neutrinos. Estas partículas son especialmente difíciles de detectar, pero a pesar de ello, el Sol emite tal cantidad de ellos, que hemos sido capaces de fotografiarlo (o más bien neutrinografiarlo) usando tan solo estas partículas, obteniendo algo como esto..

Crédito R. Svoboda and K. Gordan (LSU)
Crédito R. Svoboda and K. Gordan (LSU)

Vista así, esta imagen del Sol parecería no ser ningún gran hito, pues no nos permite distinguir ninguna característica evidente y además no tiene demasiada calidad fotográfica. Pero nada más lejos de la realidad. Esta foto es capaz de darnos una cantidad de información asombrosa, aunque para explicártela antes necesitamos aclarar un par de puntos.

En primer lugar: ¿qué son los neutrinos y por qué es tan difícil detectarlos? Los neutrinos son unas partículas subatómicas que solo interaccionan a través de las interacciones nuclear débil y gravitatoria. Gravitatoria porque nada escapa a su influencia, pero débil y sólo débil por no tener carga eléctrica ni carga de color (que es la que se ve afectada por la interacción nuclear fuerte). Esta interacción nuclear débil tiene un alcance muy pequeño. Es decir, su intensidad disminuye muy rápido con la distancia. Tanto, que apenas se hace efectiva para distancias similares al tamaño de un protón, o del orden de una mil billonésima de metro (10-15 m). Esto tiene como consecuencia que trillones de neutrinos provenientes del Sol sean capaces de atravesar la Tierra cada segundo sin interaccionar con ninguna de las partículas (electrones, protones y neutrones principalmente) que la componen. También implica que un neutrino cualquiera sea capaz de atravesar un bloque de plomo de un año luz de grosor teniendo tan solo un 50% de posibilidades de impactar con alguno de sus átomos.

Sin embargo, aunque sea tan improbable que interaccionen con algo y que, en consecuencia, sean detectados, la cantidad de neutrinos que nos llega es tan descomunal que algunos de ellos acaban interaccionando y un porcentaje todavía menor, siendo detectados. La pregunta ahora por tanto sería: ¿Cómo es capaz el Sol de producir trillones de neutrinos por segundo?

Estas partículas se producen durante los diferentes procesos de fusión nuclear que mantienen en funcionamiento a la estrella y la hacen brillar. Por ejemplo durante la fusión de cuatro núcleos de hidrógeno (formado cada uno de ellos por un protón) para dar lugar a un núcleo de helio (formado por dos protones y dos neutrones) se emiten dos neutrinos muy energéticos. Estos neutrinos se producen como consecuencia de las diferentes leyes de conservación que afectan a todas las partículas fundamentales.

Cuando dos protones se fusionan y uno de ellos se transforma en un neutrón en el proceso, se emiten ciertas partículas que “contrarrestan” los cambios en la naturaleza de estas partículas. Por ejemplo, la carga eléctrica debe conservarse, por lo que se emitirá también un positrón, que tiene carga eléctrica positiva, como el protón original. Además debe conservarse la carga leptónica, emitiéndose también un neutrino.

Dadas entonces las increíbles cantidades de hidrógeno que se transforman en helio cada segundo, no es de extrañar que desde el Sol se emitan tantos neutrinos. Pero, ¿qué tienen de especial estos neutrinos? Como hemos comentado antes, estas partículas son capaces de atravesar la materia sin verse apenas afectadas. Esto significará que serán también capaces de atravesar el propio Sol sin inmutarse. Es en el núcleo de la estrella donde tienen lugar los procesos de fusión nuclear y por tanto donde se producen los neutrinos mencionados y las otras partículas.

Se calcula que un fotón producido en esta región central tardará, tras incontables colisiones y reemisiones, del orden de cien mil años en alcanzar la superficie del Sol. Sin embargo, un neutrino, que viajará a casi la velocidad de la luz y no será detenido por nada, saldrá del Sol en apenas dos segundos. Por tanto, la foto expuesta más arriba, aún siendo de peor calidad que las tomadas con telescopios convencionales, será una foto directa del núcleo de la estrella.

Gracias a imágenes como esta podemos estudiar esta región que sería inaccesible por cualquier otro método y, en el proceso, poner a prueba nuestros modelos de formación y evolución estelar. La astronomía de neutrinos es un campo relativamente reciente dentro de la astronomía, pero ya ha dado resultados increíbles, permitiendo por ejemplo observar supernovas a través de su emisión en neutrinos. En el futuro, si nuestros detectores mejoran lo suficiente, tal vez seamos capaces de detectar los propios neutrinos que se desacoplaron del resto del universo tras su primer segundo de vida, tras el Big Bang.

REFERENCIAS:

Sobre la fotografía: https://apod.nasa.gov/apod/ap980605.html

 

José Luis Oltra de perfil

José Luis Oltra (Cuarentaydos)

Soy físico de formación y viajero de vocación. Divulgo ciencia allí donde me lo permiten, aunque principalmente en youtube y tiktok bajo el nombre de Cuarentaydos. Por aquí me verás hablando de la física del universo, desde las galaxias y estrellas más grandes hasta las partículas subatómicas que las componen.

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