Astrofísicos russos chegaram perto de determinar a origem dos neutrinos de alta energia do espaço. A equipe comparou dados sobre as partículas elusivas coletadas pelo observatório de neutrinos da Antártica, IceCube, e longas ondas eletromagnéticas medidas por radiotelescópios. Neutrinos cósmicos descobriram estar ligados a erupções nos centros de galáxias distantes ativas, que se acredita abrigar buracos negros supermassivos. Conforme a matéria cai em direção ao buraco negro, parte dele é acelerado e ejetado para o espaço, dando origem a neutrinos que então navegam ao longo do universo quase à velocidade da luz.

O estudo está publicado no Astrophysical Journal e também está disponível no repositório de pré-impressão arXiv.

Neutrinos são partículas misteriosas tão minúsculas que os pesquisadores nem sabem sua massa. Eles passam sem esforço pelos objetos, pessoas e até planetas inteiros. Os neutrinos de alta energia são criados quando os prótons aceleram quase à velocidade da luz.

Os astrofísicos russos se concentraram nas origens dos neutrinos de ultra-alta energia em 200 trilhões de elétron-volts ou mais. A equipe comparou as medições da instalação do IceCube, enterrado no gelo da Antártica, com um grande número de observações de rádio. As partículas indescritíveis emergiram durante erupções de radiofrequência nos centros dos quasares.

Quasares são fontes de radiação nos centros de algumas galáxias. Eles consistem em um enorme buraco negro que consome matéria flutuando em um disco ao seu redor e emite jatos extremamente poderosos de gás ultraquente.

"Nossas descobertas indicam que os neutrinos de alta energia nascem em núcleos galácticos ativos, particularmente durante chamas de rádio. Uma vez que os neutrinos e as ondas de rádio viajam à velocidade da luz, eles alcançam a Terra simultaneamente, "disse o primeiro autor do estudo, Alexander Plavin.

Plavin é um Ph.D. estudante do Instituto de Física Lebedev da Academia Russa de Ciências (RAS) e do Instituto de Física e Tecnologia de Moscou. Como tal, ele é um dos poucos jovens pesquisadores a obter resultados desse calibre no início de sua carreira científica.

Os neutrinos vêm de onde ninguém esperava

Depois de analisar cerca de 50 eventos de neutrinos detectados pelo IceCube, a equipe mostrou que essas partículas vêm de quasares brilhantes vistos por uma rede de radiotelescópios ao redor do planeta. A rede usa o método mais preciso de observação de objetos distantes na banda de rádio:interferometria de linha de base muito longa. Em essência, esse método cria um telescópio gigante ao colocar muitas antenas ao redor do globo. Entre os maiores elementos dessa rede está o telescópio de 100 metros da Max Planck Society em Effelsberg.

Adicionalmente, a equipe levantou a hipótese de que os neutrinos emergiram durante as erupções de rádio. Para testar essa ideia, os físicos estudaram os dados do radiotelescópio russo RATAN-600 no norte do Cáucaso. A hipótese se mostrou altamente plausível, apesar da suposição comum de que os neutrinos de alta energia deveriam se originar junto com os raios gama.

"Pesquisas anteriores sobre as origens dos neutrinos de alta energia haviam buscado sua fonte exatamente sob os holofotes." Pensamos em testar uma ideia não convencional, embora com pouca esperança de sucesso. Mas tivemos sorte, "diz Yuri Kovalev do Instituto Lebedev, MIPT, e o Instituto Max Planck de Radioastronomia. "Os dados de anos de observações em arranjos internacionais de radiotelescópios possibilitaram essa descoberta empolgante, e a banda de rádio acabou sendo crucial para identificar as origens dos neutrinos. "

"Inicialmente, os resultados pareciam bons demais para ser verdade, mas depois de reanalisar cuidadosamente os dados, confirmamos que os eventos de neutrinos estavam claramente associados aos sinais captados por radiotelescópios, "Sergey Troitsky do Instituto de Pesquisa Nuclear de RAS acrescentou." Verificamos essa associação com base nos dados de observações de anos do telescópio RATAN do Observatório Astrofísico Especial RAS, e a probabilidade de os resultados serem aleatórios é de apenas 0,2%. Este é um grande sucesso para a astrofísica de neutrinos, e nossa descoberta agora exige explicações teóricas. "

A equipe pretende verificar novamente os resultados e descobrir o mecanismo por trás das origens dos neutrinos em quasares usando os dados de Baikal-GVD, um detector subaquático de neutrino no Lago Baikal, que se encontra em fase final de construção e já parcialmente operacional. Os chamados detectores Cherenkov, usado para detectar neutrinos - incluindo IceCube e Baikal-GVD - dependem de uma grande massa de água ou gelo como um meio de maximizar o número de eventos de neutrino e evitar que os sensores disparem acidentalmente. Claro, observações contínuas de galáxias distantes com radiotelescópios são igualmente cruciais para esta tarefa.