El detector de neutrinos IceCube en la Antártida detecta los primeros neutrinos de alta energía emitidos en nuestra galaxia, la Vía Láctea

Polo Sur Observatorio de neutrinos IceCube – el telescopio más grande y extraño del mundo – detectó las primeras emisiones de neutrinos desde el interior de la Vía Láctea, una hazaña que dará forma a cómo los astrónomos ven nuestra galaxia.

Los neutrinos son pequeñas partículas eléctricamente neutras que atraviesan la mayor parte de la materia sin ser detectadas. Se crean en entornos extremos como los que rodean a los agujeros negros supermasivos, y son Viaje sin obstáculos a través del espacio y la materia. en un camino recto.

Debido a que los agujeros negros y las supernovas están demasiado lejos para visitarlos y demasiado lejos para reproducirlos en el laboratorio, los científicos confían en los mensajeros cósmicos, como la luz visible de las estrellas, para estudiarlos. Los neutrinos son otro tipo de mensajero cósmico, pero son demasiado pequeños para verlos con nuestros ojos, o incluso con la mayoría de los tipos de telescopios.

Este es el lugar viene el cubo de hielo. El observatorio, que tiene su sede en la Antártida, consta de mil millones de toneladas de hielo equipado con una red de sensores congelados. Los sensores se encienden cuando detectan un neutrino que pasa y, según la disposición del sensor, los investigadores pueden determinar la energía y la dirección del neutrino que creó el destello.

A partir de ahí, los investigadores pueden usar la energía y la dirección para tratar de averiguar de dónde provienen los neutrinos en el universo.

Como director interino de la Centro de Astrofísica de Partículas IceCube de WisconsinTe garantizo que tenemos la gente y los recursos para eso. Ayude a los investigadores a tener éxito con el Observatorio IceCube.

Detección de neutrinos usando hielo

Identificar destellos de luz de interacciones de neutrinos en sensores IceCube puede ser un desafío. cubo de hielo Registra alrededor de 2.600 eventos cada segundo.aunque la mayoría de estos eventos provienen de partículas de alta energía llamadas rayos cósmicosque también produce una lluvia constante de neutrinos cuando golpean la atmósfera de la Tierra. Solo unos pocos cientos De los 100.000 neutrinos que se ven cada año, provienen de fuentes galácticas o extragalácticas, no de rayos cósmicos.

Encontrar neutrinos del espacio exterior, en lugar de los de los rayos cósmicos, es como tratar de ver una característica tenue en una imagen cubierta con muchas capas de pintura: debe tener cuidado de no borrar lo que está tratando de detectar.

Sorprendentemente, las dos primeras fuentes de neutrinos que los investigadores de IceCube identificaron previamente provenían de fuera de la Vía Láctea; una de ellas era un objeto galáctico extremadamente brillante llamado Blazar. Estos neutrinos estaban muy lejos, pero eran la energía más alta de cualquier fuente dentro de la Vía Láctea.

Encontrar los neutrinos más débiles de la Vía Láctea requirió un trabajo inteligente por parte de los colaboradores de IceCube en la Universidad de Drexel y la Universidad de Dortmund. Su trabajo fue sobre el descubrimiento de IceCube de los primeros neutrinos de la Vía Láctea. Publicado en Ciencias el 29 de junio de 2023.

Los científicos pueden usar algunos trucos para filtrar los neutrinos del espacio exterior de los neutrinos de rayos cósmicos y otros ruidos de rayos cósmicos. podemos Ordenar por energía, con la posibilidad de que los neutrinos de alta energía sean del espacio exterior. Los investigadores también pueden buscar grupos de neutrinos, porque los neutrinos del exterior de nuestra galaxia tienden a agruparse en un solo lugar. Finalmente, los investigadores pueden buscar neutrinos de eventos astrofísicos transitorios Gustos agujeros negros que ya han sido detectados por otros telescopios.

En 2013, IceCube publicó el La primera evidencia astrofísica de neutrinos Determinado en base a su energía. Estos eran neutrinos individuales aislados, por lo que los investigadores no pudieron identificar su fuente exacta.

Encuentra la fuente del neutrino.

Aunque los científicos han descubierto que estos neutrinos descubiertos recientemente provienen de nuestra galaxia, no tienen un mapa lo suficientemente claro de la Vía Láctea para identificar la ubicación individual donde se originaron los neutrinos recién descubiertos. El siguiente paso es refinar el análisis para determinar la ubicación exacta de la emisión de neutrinos.

Hay varias formas de mejorar la búsqueda de fuentes. En primer lugar, cuanto más busquen los científicos y más datos recopilen, más probable es que localicen una fuente de neutrinos, pero una mejora por un factor de 10 requiere 100 veces más datos. Entonces, ser inteligente tiene una mejor recompensa que ser paciente.

Aquí hay algunas maneras de ser más inteligente. En primer lugar, los investigadores pueden Selección de eventos mejorada Al elegir en qué eventos cósmicos enfocarse, de modo que haya más neutrinos candidatos potenciales en la muestra. ellos también pueden Mejor reconstrucción de la trayectoria de los neutrinos – Es como visitar un museo con gafas nuevas para ver con más claridad. Finalmente, pueden intentar encontrar una forma de reducir el fondo, algo así como buscar un área donde la imagen esté cubierta con menos capas de pintura.

Tomó todos estos trucos para usar Viendo los tenues neutrinos de la Vía Láctea. Nuestro equipo encontró formas de mejorar el tamaño de la muestra y utilizamos el aprendizaje automático para mejorar la reconstrucción de eventos. Esto redujo el fondo lo suficiente como para rastrear a nuestros neutrinos hasta la Vía Láctea.

Para la mayoría de las formas de emisión de luz cósmica que estudiamos, la luz de las fuentes dentro de la Vía Láctea brilla más porque están más cerca. Pero para los neutrinos, ese no es el caso: la galaxia NGC1068, a decenas de millones de años luz de distancia, Se emiten más neutrinos de alta energía. de la Vía Láctea. Esto nos dice que no todas las galaxias tienen la misma capacidad para producir partículas de alta energía, pero también que necesitamos encontrar y estudiar más galaxias emisoras de neutrinos para comprender las peculiaridades cósmicas de la Vía Láctea.

IceCube está planeando una actualización de alta potencia que hará que la matriz de detectores unas ocho veces mas. Una vez que finalice la actualización en la década de 2030, los científicos podrán continuar su búsqueda de neutrinos con tecnología mejorada.