Primera imagen de la Vía Láctea utilizando neutrinos

Primera observacion con neutrinos de nuestra
Ilustración de la Vía Láctea vista con una 'lente' de neutrinos (azul). / IceCube Collaboration/U.S. National Science Foundation (Lily Le & Shawn Johnson)/ ESO (S. Brunier)

Nuestra galaxia, la Vía Láctea, es una característica impresionante del cielo nocturno, visible a simple vista como una banda nebulosa de estrellas de horizonte a horizonte. Ahora, por primera vez, el Observatorio de Neutrinos IceCube ha producido una imagen de la Vía Láctea utilizando neutrinos, pequeños mensajeros astronómicos fantasmales. En un artículo que se publica en la revista Science, la Colaboración IceCube, un grupo internacional de más de 350 científicos, presenta evidencia de emisión de neutrinos de alta energía de la Vía Láctea.

“Los neutrinos son partículas subatómicas, como lo son los electrones. Sin embargo, son especiales porque interactúan solo mediante la fuerza débil. Así como la luz puede atravesar el vidrio de una ventana sin dificultad, los neutrinos pueden pasar por todo, incluyendo el planeta Tierra, de ahí que sean tan difíciles de detectar”, explica a SINC el portavoz de IceCube, Ignacio Taboada, profesor de Física en el Instituto Tecnológico de Georgia (EE UU).

“Por eso IceCube es tan grande, para lograr observar los pocos neutrinos que sí interactúan –continúa–. Y respecto a que sean de “alta energía”, es en comparación con otros neutrinos, como los producidos por el Sol, que tienen energías un millón de veces menores”.

El laboratorio IceCube bajo un cielo nocturno estrellado, con la Vía Láctea al fondo sobresaliendo sobre auroras bajas. / Yuya Makino, IceCube/NSF

Taboada subraya la importancia de este hallazgo: “Esta es la primera vez que se observa la Vía Láctea con algo distinto de la luz: los neutrinos. La luz visible e invisible (radio, microondas, infrarrojo, rayos X, rayos gama) se ha utilizado ampliamente para estudiar nuestra galaxia, pero los neutrinos no son luz. Y al estudiar de formas distintas, se aprenden cosas nuevas”.

El investigador principal de IceCube, Francis Halzen, profesor de Física de la Universidad de Wisconsin-Madison, añade: “Lo intrigante es que, a diferencia de lo que ocurre con la luz de cualquier longitud de onda, en el caso de los neutrinos, el universo eclipsa a las fuentes cercanas de nuestra propia galaxia”.

El equipo de IceCube ya había detectado neutrinos de alta energía de origen extragaláctico, como los procedentes de la cercana galaxia NGC1068, y suponen que puede suceder lo mismo en otras más alejadas. ¿Pero qué ocurre en nuestra Vía Láctea? Las observaciones de rayos gamma muestran emisiones brillantes procedentes del interior del plano galáctico y, puesto que se cree que los rayos gamma y los neutrinos son producidos por los mismos procesos astrofísicos, ese plano era el lugar esperado de emisión de neutrinos, como así ha sido.

Técnicas de aprendizaje automático

La demostración se ha realizado gracias a técnicas de inteligencia artificial de aprendizaje automático, utilizando datos registrados (unos 60.000 neutrinos) a lo largo de 10 años por el observatorio IceCube en la Antártida. Los investigadores han presentado las primeras pruebas estadísticamente sólidas de emisión de neutrinos de alta energía desde el plano galáctico, con resultados coherentes con la distribución y las interacciones esperadas de los rayos cósmicos dentro de nuestra galaxia.

“Detectamos neutrinos de nuestra propia galaxia estudiando su dirección y energía”, explica Taboada, “hay un exceso de estas partículas de altas energías que apuntan aproximadamente en la dirección del plano de la galaxia, y especialmente hacia el centro galáctico”.

La misteriosa fuentes de estos neutrinos

¿Pero de dónde proceden exactamente? “No es posible saber con certeza qué produce estos neutrinos, ya que hemos observado la Vía Láctea como un todo”, responde el profesor, “aunque hay dos posibilidades razonables y probablemente ambas ocurren, pero no sabemos cuál es más importante”.

Por una parte, “los neutrinos pueden ser producidos por fuentes de rayos cósmicos en nuestra galaxia: una colección de fuentes puntuales, como una estrella, de neutrinos –aclara–. Pero esos rayos cósmicos, que tienen carga eléctrica, se propagan por la galaxiaal chocar con gas, polvo estelar, etcétera, producen más neutrinos”.

“Eso resultaría en nuestra galaxia brillando de manera difusa en todas partes, pero más intensamente hacia el centro”, señala Taboada, quien adelanta que ahora “el siguiente paso es identificar las fuentes específicas dentro de la galaxia”. Ese y otros retos se abordarán en los siguientes análisis previstos por IceCube.

Otra de las integrantes de la colaboración, Naoko Kurahashi Neilson, profesora de Física de la Universidad Drexel (EE UU), concluye: “Observar nuestra propia galaxia por primera vez utilizando partículas en lugar de luz es un gran paso. A medida que evolucione la astronomía de neutrinos, obtendremos una nueva lente con la que observar el universo”.

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  1. El observatorio de neutrinos IceCube. En el corazón de la Antártida, en la base polar Amundsen-Scott, se encuentra este observatorio financiado por la National Science Foundation (NSF) de EE UU, con el apoyo de los 14 países que acogen a miembros institucionales de la colaboración IceCube.

    Este detector de neutrinos, de aproximadamente un kilómetro cúbico enterrado en el hielo, opera con más de 5.000 módulos ópticos digitales (DOM) congelados a profundidades de entre 1.450 y 2.450 metros.

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