Se avecinan tiempos muy excitantes para la astronomía

Por primera vez, el equipo de la colaboración IceCube ha encontrado pruebas de la emisión de neutrinos de alta energía de NGC 1068, una galaxia activa situada a 47 millones de años luz con un agujero negro supermasivo.

El hallazgo, realizado con el detector de neutrinos IceCube, situado bajo la capa de hielo antártico, se publica en la revista Science.

Mariam Tórtola, profesora Titular en el departamento de Física Teórica de la Universitat de València y en el Instituto de Física Corpuscular (IFIC), explica los entresijos de este relevante hallazgo.

Astronomía de neutrinos

Según Tórtola, se trata de un resultado extremadamente importante que abre la puerta a la astronomía de neutrinos (y con ella a la conocida como astronomía de multimensajeros), inaugurada ya por el propio experimento IceCube en 2018, tras asociar por primera vez la emisión de este tipo de neutrinos con un objeto astrofísico conocido por sus emisiones de radiación electromagnética, como ondas de radio o rayos gamma.

En aquella ocasión, la fuente apuntada era el blazar TXS 0506+056 y fue posible asociar la emisión de un único neutrino de altas energías, mientras que ahora se trata de la galaxia NGC1068, la cual ha sido posible vincularla al origen de alrededor de 80 neutrinos.

Galaxias activas

En ambos casos se trata de galaxias activas en las que la producción de radiación se debería a la caída de material sobre un agujero negro supermasivo, y en la que la gran densidad de polvo y gas de su parte central dificultaría la emisión de radiación electromagnética.

Los neutrinos, en cambio, debido a su débil interacción con la materia, podrían escapar incluso de los entornos más densos sin ningún problema, proporcionando información muy valiosa sobre los procesos que tienen lugar en las proximidades de agujeros negros supermasivos.

Por otro lado, su propagación en línea recta, a diferencia del caso de los rayos cósmicos, desviados por los campos magnéticos galácticos y extragalácticos, resulta crucial para rastrear la fuente de estos procesos. 

Mejoras técnicas

El descubrimiento ha sido posible gracias al perfeccionamiento de las técnicas de reconstrucción direccional de las trayectorias de los neutrinos, que han permitido identificar con precisión NGC1608 como la fuente de estos neutrinos, comenta también Tórtola.

En el futuro se espera que la extensión del observatorio IceCube, conocida como IceCube-Gen2, junto con otros telescopios de neutrinos, como KM3NeT en el mar Mediterráneo, sea capaz de mejorar su sensibilidad y pueda identificar muchas más fuentes de neutrinos astrofísicos, incluso de mayores energías.

Estas observaciones nos ayudarán a desentrañar los procesos fundamentales que tienen lugar en el universo para poder conocer al fin cuáles son los mecanismos físicos que dan lugar a los rayos cósmicos de muy altas energías, una de las principales incógnitas actuales de la física de astropartículas, concluye Tórtola.

Foto del universo con neutrinos

Por su parte, Carlos Pobes, investigador del grupo Q-MAD, en el Instituto de Nanociencia y Materiales de Aragón (INMA), destaca que IceCube lleva mucho tiempo tratando de realizar una ‘fotografía’ del universo con neutrinos, pero que, hasta ahora, solo se había conseguido localizar otro objeto, el blazar TXS 0506+056 (otro agujero negro supermasivo, mucho más alejado que M77), como posible origen de los neutrinos de alta energía.

La diferencia es que en aquella ocasión (2018) la detección fue posible gracias a la colaboración de otros telescopios repartidos por todo el mundo, lo que permitió capturar una fulguración emitida por el objeto (uno de los primeros ejemplos de detección multimensajera).

En este caso, IceCube ha conseguido observar la emisión continuada de neutrinos de M77 gracias a los largos tiempos de exposición y a haber mejorado los análisis de las imágenes, confirmando unos indicios publicados ya en 2020 que apuntaban a M77 como posible fuente de neutrinos.

Es interesante destacar también, según Pobes, que el agujero negro en el centro de M77 queda oscurecido por el disco de acreción circundante, ya que vemos esta galaxia de perfil y, por tanto, su observación con otros telescopios (de luz visible, rayos X o rayos gamma) es más dificultosa. Los neutrinos son, en cambio, una herramienta ideal para poder ‘ver’ a través de ese disco.

Posible origen

Gracias a este descubrimiento, se empieza a identificar el posible origen de los rayos cósmicos de más alta energía, uno de los problemas abiertos más importantes en astrofísica, destaca también Pobes.

Los rayos cósmicos son partículas cargadas que llegan a alcanzar energías descomunales. No está claro qué fenómenos pueden acelerar estos rayos a esas energías y es difícil identificar el origen de estas partículas, ya que son desviadas por campos magnéticos intergalácticos en su viaje a la Tierra.

Unos posibles candidatos de esos orígenes son los núcleos activos de galaxias (AGNs) que, además de rayos cósmicos, se espera que produzcan también neutrinos, que viajarían inalterados hasta nosotros.

La detección positiva de IceCube de M77 y de otras tres fuentes algo menos intensas apuntan, por tanto, de forma clara, a estos objetos como una de las fuentes importantes de rayos cósmicos ultraenergéticos, confirmando los modelos.

Tiempos excitantes

Estas cuatro fuentes suponen un pequeño porcentaje de todos los neutrinos que detecta IceCube y que, por ahora, son de origen desconocido.

Será necesario seguir acumulando datos para aclarar si los AGNs son las únicas fuentes de rayos cósmicos de alta energía o, por el contrario, se descubren nuevos ‘aceleradores cósmicos’.

De hecho, dada la diferente naturaleza del blazar TXS0506+056 y del AGN en M77, la colaboración sugiere la existencia de, al menos, dos tipos distintos de fuentes. ¡Se avecinan tiempos muy excitantes para la astronomía multimensajera!, concluye Pobes.

Referencia

Evidence for neutrino emission from the nearby active galaxy NGC 1068. IceCube Collaboration. Science 2022. DOI:http://dx.doi.org/10.1126/science.abg3395