No final de 2019, Betelgeuse, a estrela que forma o ombro esquerdo da constelação de Órion, começou a escurecer visivelmente, levando a especulação de uma supernova iminente. Se explodiu, este vizinho cósmico a meros 700 anos-luz da Terra seria visível durante o dia por semanas. No entanto, 99% da energia da explosão seria transportada não pela luz, mas por neutrinos, partículas semelhantes a fantasmas que raramente interagem com outras matérias.

Se Betelgeuse se tornar supernova em breve, detectar os neutrinos emitidos "aumentaria drasticamente nossa compreensão do que está acontecendo no interior de uma supernova, "disse o teórico do Fermilab Sam McDermott. E seria uma oportunidade única para investigar as propriedades dos próprios neutrinos. The Deep Underground Neutrino Experiment, hospedado pelo Fermilab e planejado para começar a operar no final de 2020, está sendo desenvolvido com esses objetivos em mente.

O detector distante do DUNE - um enorme tanque de argônio líquido no Sanford Underground Research Facility, em Dakota do Sul - captará os sinais deixados pelos neutrinos emitidos pelo Fermilab e também pelos que chegam do espaço. Uma vez que uma supernova emite neutrinos uniformemente em todas as direções, o número de neutrinos que o DUNE pode detectar cai como o quadrado da distância entre a supernova e a Terra. Isso é, o número de neutrinos que podem ser encontrados 10, 000 anos-luz de distância de uma supernova é 100 vezes menor do que o número que poderia ser detectado em uma supernova 1 igualmente poderosa, 000 anos-luz de distância.

Por esta razão, se uma supernova ocorrer no meio de nossa galáxia, dezenas de milhares de anos-luz de distância, O DUNE provavelmente detectará alguns milhares de neutrinos. Por causa da proximidade relativa de Betelgeuse, Contudo, os cientistas esperam que o DUNE detecte cerca de um milhão de neutrinos se a supergigante vermelha explodir nas próximas décadas, oferecendo uma abundância de dados.

Embora a luz da supernova Betelgeuse durasse semanas, a explosão de neutrinos duraria apenas alguns minutos.

"Imagine que você está na floresta, e há um prado e vaga-lumes, e é a hora da noite em que milhares deles saem, "disse Georgia Karagiorgi, um físico da Columbia University que lidera a equipe de seleção de dados do DUNE. "Se pudéssemos ver as interações dos neutrinos com nossos próprios olhos, é mais ou menos assim que ficaria no detector DUNE. "

O detector não fotografa diretamente os neutrinos que chegam. Em vez, ele rastreará os caminhos das partículas carregadas geradas quando os neutrinos interagem com os átomos de argônio. Na maioria dos experimentos, as interações de neutrino serão raras o suficiente para evitar confusão sobre qual neutrino causou qual interação e em que momento. Mas durante a supernova Betelgeuse, tantos neutrinos chegando tão rapidamente podem representar um desafio na análise de dados - semelhante a rastrear um único vaga-lume em um prado repleto de insetos.

"Para remover ambigüidades, contamos com informações leves que obtemos prontamente assim que a interação ocorre, "Karagiorgi disse. Combinar a assinatura de luz e a assinatura de carga permitiria aos pesquisadores distinguir quando e onde ocorre cada interação de neutrino.

De lá, os pesquisadores reconstruiriam como os tipos, ou sabores, e as energias dos neutrinos que chegam variaram com o tempo. O padrão resultante poderia então ser comparado com modelos teóricos da dinâmica das supernovas. E poderia lançar luz sobre as massas ainda desconhecidas de neutrinos ou revelar novas maneiras como os neutrinos interagem uns com os outros.

Claro, astrônomos que esperam que Betelgeuse se transforme em supernova também estão interessados ​​na luz gerada pela explosão estelar. Quando terminar, DUNE vai se juntar ao Supernova Early Warning System, ou SNEWS, uma rede de detectores de neutrinos em todo o mundo projetada para enviar automaticamente um alerta quando uma supernova estiver em andamento em nossa galáxia. Uma vez que os neutrinos passam por uma supernova desimpedidos, enquanto as partículas de luz são continuamente absorvidas e reemitidas até atingir a superfície, a explosão de neutrinos chega à Terra horas antes da luz - daí o alerta precoce.

SNEWS nunca enviou um alerta. Embora centenas de supernovas sejam observadas a cada ano, o mais recente perto o suficiente da Terra para que seus neutrinos fossem detectados ocorreu em 1987, mais de uma década antes de SNEWS entrar no ar. Com base em outras observações, astrônomos esperam que uma supernova ocorra em nossa galáxia várias vezes por século, em média.

"Se administrarmos o DUNE por algumas décadas, temos boas chances de ver um, e poderíamos extrair muita ciência disso, "disse Alec Habig, um físico da Universidade de Minnesota, Duluth, que coordena SNEWS e está envolvido com aquisição de dados no DUNE. "Então, vamos ter certeza de que podemos fazer isso."

Dado o enorme raio da supergigante vermelha, Habig disse, O DUNE detectaria neutrinos de Betelgeuse até 12 horas antes da luz da explosão atingir a Terra, dando aos astrônomos bastante tempo para apontar seus telescópios para o ombro de Orion.

As observações contínuas de Betelgeuse sugerem que seu recente escurecimento era um sinal de sua variabilidade natural, não uma supernova iminente. As estimativas atuais dão à estrela até 100, 000 anos de vida.

Mas se os cientistas tiverem sorte, "uma explosão em Betelgeuse seria uma oportunidade incrível, "McDermott disse, "e DUNE seria uma máquina incrível para o trabalho."