O experimento NOvA, mais conhecido por suas medições de oscilações de neutrinos usando feixes de partículas dos aceleradores do Fermilab, tem voltado seus olhos para o céu, examinando fenômenos que variam de supernovas a monopólos magnéticos. Graças em grande parte aos recursos de computação modernos, pesquisadores podem coletar e analisar dados para esses tópicos simultaneamente, bem como para o programa de neutrino primário no Fermilab do Departamento de Energia dos EUA, onde está baseado.

Os fenômenos astrofísicos mais dramáticos que o NOvA estuda são as supernovas. Quando uma estrela enorme entra em colapso, ele libera 99% de sua energia em uma explosão de neutrinos. O outro 1% se torna uma supernova visível, brilhante o suficiente para ofuscar uma galáxia inteira. Embora os neutrinos carreguem muito mais energia do que as partículas de luz, chamados fótons, os elusivos neutrinos são muito mais difíceis de observar. Centenas de supernovas de luz visível são descobertas a cada ano, mas apenas um, desde o início da era dos detectores de neutrino, esteve perto o suficiente para ser visto através de sua assinatura de neutrino:SN 1987A, em uma galáxia satélite de nossa Via Láctea.

Ambos os detectores de partículas do NOvA - o detector próximo no Fermilab e o detector distante no norte de Minnesota - são capazes de detectar neutrinos gerados por supernovas. Cada assinatura de supernova-neutrino pareceria muito menor do que a de um feixe de neutrino gerado por acelerador, mas ainda seria observável. Se uma supernova nascesse em nossa galáxia, 14 de NOvA, O detector distante de 000 toneladas veria milhares desses neutrinos em uma explosão de poucos segundos, e as dezenas de detectores de 300 toneladas.

Em um novo artigo a ser publicado no Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, a colaboração NOvA descreve o sistema que será usado para acionar tal burst. Devido à raridade de supernovas próximas e ao alto valor dos dados de neutrinos, NOvA usa vários sistemas redundantes para garantir a coleta de dados de supernova. Além de executar uma busca contínua em tempo real por uma explosão de neutrinos em seus próprios dados, NOvA assina o Supernova Early Warning System, ou SNEWS, uma rede de experimentos de neutrinos que alertam um ao outro quando dois deles vêem uma atividade semelhante a uma supernova ao mesmo tempo. NOvA também assina alertas enviados pela colaboração LIGO / Virgo quando um evento de onda gravitacional é observado, tratando cada um como uma fonte potencial de dados interessantes. Uma vez que a astronomia de ondas gravitacionais é nova, existe um grande potencial para surpresas.

O modelo mais simples que explica a maioria dos eventos de ondas gravitacionais - buracos negros se fundindo no vácuo - não prevê emissões de partículas. Mas se os buracos negros se fundissem em um meio gasoso, partículas seriam aceleradas, possivelmente levando a um sinal observável. Outros modelos alternativos mais exóticos que explicam alguns eventos de ondas gravitacionais também podem produzir uma explosão de partículas visíveis para NOvA.

Outro cenário que pode desencadear o NOvA é um caso de identidade equivocada, aquele em que uma supernova é erroneamente identificada como um evento de onda gravitacional de buraco negro. A colaboração realizou uma busca por quaisquer emissões visíveis para NOvA, variando de neutrinos semelhantes a supernovas até chuvas de partículas de alta energia grandes o suficiente para iluminar todo o detector distante. Por enquanto, usando duas dezenas de eventos de ondas gravitacionais relatados até meados de 2019, NOvA não encontrou nenhuma indicação de sinal. Este resultado aparece em Revisão Física D . O NOvA continuará a examinar os eventos à medida que forem relatados. Com as capacidades dos detectores de ondas gravitacionais definidas para melhorar rapidamente nos próximos anos, haverá muito mais oportunidades de participar de novas descobertas.

Mais perto de casa, o detector de proximidade subterrâneo do NOvA foi usado para examinar a variação sazonal de múons de raios cósmicos no subsolo. Os raios cósmicos são partículas do espaço sideral que chovem constantemente do céu. Eles colidem com partículas na alta atmosfera, produzindo múons. O número de múons é afetado pelas condições atmosféricas, e o número total de múons que alcançam os detectores subterrâneos é maior no verão. A atmosfera menos densa do verão favorece a produção de múons, enquanto a atmosfera mais densa do inverno tende a degradar a energia das partículas parentais dos múons. NOvA é o segundo experimento, depois de seu predecessor MINOS, observar que esta correlação sazonal é invertida quando pares de múons chegando simultaneamente, em vez de múons solitários, são contados. São mais comuns no inverno por motivos que não são bem conhecidos.

NOvA também usa seu grande detector distante para procurar outros fenômenos cósmicos exóticos. Em um novo artigo sobre o arXiv, os relatórios de colaboração em uma busca por monopólos magnéticos. Essas partículas hipotéticas carregam uma única carga magnética - um pólo norte ou um pólo sul, mas não ambos. Nunca observado, a existência de monopólos ajudaria a unir teorias fundamentais da física, bem como trazer uma simetria satisfatória para as equações de Maxwell que descrevem o eletromagnetismo. Monopólos magnéticos podem ser um componente raro dos raios cósmicos, e o detector NOvA far é um detector de raios cósmicos muito capaz, capaz de observar trilhas de partículas detalhadas. Ao contrário da maioria dos detectores de neutrino anteriores e muitos detectores monopolo anteriores, não é subterrâneo. Isso significa que se os monopólos forem partículas relativamente lentas e leves, eles alcançariam NOvA, ao contrário dos detectores usados ​​em pesquisas anteriores. Usando um pequeno conjunto de dados iniciais, Os pesquisadores do NOvA procuraram monopolos em uma faixa de massa nunca antes pesquisada. Eles não viram nenhum, descartando um grande fluxo de monopolos leves. Eles examinarão mais dados para estreitar esses limites ou, apenas talvez, para descobrir a partícula indescritível.

Os aceleradores cósmicos da natureza continuam fornecendo física interessante para a colaboração do NOvA estudar.