Los astrónomos han rastreado una “partícula fantasma” de alta energía hasta Shadow Blaster, una galaxia de formación de estrellas ubicada a 11 mil millones de años luz de distancia. Esto significa que esta partícula, un neutrino, ha estado viajando hacia nosotros desde que el universo de 13.800 millones de años tenía apenas unos 3.000 millones de años.
El descubrimiento ofrece la primera evidencia de que las galaxias formadoras de estrellas como Shadow Blaster desempeñan un papel importante en la población del universo con misteriosos neutrinos fantasma cósmicos de alta energía. Estas partículas reciben su espeluznante apodo porque, al no poseer prácticamente masa ni carga eléctrica, atraviesan la materia con poca o ninguna interacción mientras se mueven casi a la velocidad de la luz. Para ponerlo en contexto, mientras lees la frase anterior, más de 65 mil millones de neutrinos fluyeron por cada centímetro cuadrado de tu cuerpo; eso es alrededor de 100 mil millones por centímetro cuadrado.
A pesar de la dificultad asociada con la detección de tales partículas, la humanidad ha estado detectando neutrinos desde la década de 1960, pero sólo se han identificado unas pocas fuentes de estas partículas. Los neutrinos son las segundas partículas más abundantes en el cosmos después de los fotones y las partículas de luz, y las fuentes identificadas no son suficientes para explicar esta abundancia. Esto ha impulsado la búsqueda de otras fuentes ocultas de neutrinos, especialmente aquellas que pueden acelerar los neutrinos a altas energías. Ahora esa búsqueda ha llevado a la identificación de la increíblemente brillante galaxia Shadow Blaster, oficialmente designada JCMT0402-0424, que brilla en infrarrojo, como una posible fuente de neutrinos.
“Shadow Blaster posee el tipo de entorno denso y rico en gas que los modelos teóricos han sugerido durante mucho tiempo que podría producir neutrinos de alta energía de manera eficiente”, dijo Yuji Urata de MITOS Science Co., LTD. en Taiwán dijo en un comunicado. “Si se confirma, Shadow Blaster sería la primera galaxia polvorienta individual de formación de estrellas directamente vinculada a un evento de neutrinos de alta energía”.
Hasta el momento, no existen otros candidatos creíbles como fuentes potenciales de este neutrino de alta energía, denominado IC 210922A.
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persiguiendo fantasmas
Los astrónomos fueron alertados de la existencia de IC 210922A hace media década cuando este evento de neutrinos de alta energía fue detectado por el Observatorio de Neutrinos IceCube ubicado en la Antártida. Esto llevó a la comunidad astronómica a explorar el espacio en dirección a la constelación de Eridanus en busca de fuentes potenciales para una contraparte electromagnética de este evento con una variedad de telescopios. Esto no arrojó ninguna contraparte óptica, de rayos gamma o de rayos X convincente para la detección de neutrinos, ni tampoco se pudo vincular ningún evento de explosión de rayos gamma, supernova o perturbación de marea (en el que un agujero negro destroza violentamente una estrella) con IC 210922A.
Urata y sus colegas comenzaron su búsqueda personal con el Telescopio James Clerk Maxwell (JCMT), operado por el Observatorio de Asia Oriental, y el Submillimeter Array (SMA), descubriendo Shadow Blaster, una galaxia en la posición correcta y con el nivel correcto de brillo para ser asociada con IC 210922A. El equipo continuó con una investigación utilizando el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), un conjunto de 66 antenas de ondas de radio en el norte de Chile.
La detección de esta galaxia fue posible porque tiene una lente fuertemente gravitacional. Las lentes gravitacionales son un fenómeno que ocurre cuando un objeto de gran masa se interpone entre la Tierra y una fuente de fondo distante, curvando la estructura del espacio-tiempo. A medida que la luz de la fuente de fondo navega por esta curvatura, su trayectoria es curva. Esto da como resultado que la luz de la fuente de la lente llegue en diferentes momentos a nuestros telescopios, lo que hace que se amplifique.
En el caso de Shadow Blaster, antes de que el equipo pudiera aprender algo sobre esta galaxia distante, tuvieron que descubrir más sobre el objeto que actúa como lente gravitacional intermedia, específicamente qué tipo de objeto es, su masa y su distancia de nosotros. Para ello, recurrieron al telescopio Gemini Norte y sus instrumentos Gemini Multi-Object Spectrograph (GMOS) y Gemini Near-InfraRed Spectrograph (GNIRS).
Una vez determinado el modelo de lente gravitacional, el equipo descubrió que Shadow Blaster es una galaxia con un corazón extremadamente compacto lleno de densas nubes de gas y polvo que está alimentando un intenso estallido de formación estelar. Durante mucho tiempo se ha teorizado que una región como esta podría servir como un poderoso acelerador de partículas. Debido a que Shadow Blaster carece de un agujero negro supermasivo que lo alimente, esta investigación muestra que estas regiones aún pueden servir como aceleradores de partículas cósmicas cuando albergan agujeros negros dormidos y en ausencia de los poderosos chorros que brotan de los núcleos galácticos activos (AGN).
En cuanto a la población general de neutrinos, esta investigación también podría ayudar a dar cuenta de ello. Se cree que las galaxias con intensa formación estelar, o galaxias con estallido estelar, prevalecieron hace unos 10 mil millones de años en el universo primitivo. Así, estas galaxias podrían haber estado produciendo multitud de neutrinos de alta energía. Sin embargo, demostrar esto puede resultar difícil, ya que los astrónomos no tienen la buena suerte de encontrar todas estas galaxias escondidas detrás de una lente gravitacional, lo que significa que pueden ser demasiado débiles y distantes para estudiarlas.
“Nuestro análisis sugiere que esta población podría contribuir hasta aproximadamente el 20% del fondo de neutrinos difusos observado medido por IceCube”, concluyó Urata.
La investigación del equipo fue publicada el miércoles (17 de junio) en la revista Nature Astronomy.