Os neutrinos de alta energia são partículas subatômicas altamente fascinantes produzidas quando partículas carregadas muito rápidas colidem com outras partículas ou fótons. IceCube, um renomado detector de neutrinos localizado no Pólo Sul, detecta neutrinos extragalácticos de alta energia há quase uma década.
Embora muitos físicos tenham examinado as observações coletadas pelo detector IceCube, a origem da maioria dos neutrinos de alta energia detectados ainda não foi determinada. Esses neutrinos foram detectados além da nossa galáxia e podem resultar de vários eventos cosmológicos.

Pesquisadores da Deutsches Elektronen Synchrotron DESY, Humboldt-Universität zu Berlin e outros institutos acadêmicos na Europa e nos EUA realizaram recentemente um estudo com foco em um evento cosmológico violento específico, chamado AT2019fdr. Seu artigo, publicado em Physical Review Letters , mostra que este evento pode ser a origem de um neutrino de alta energia.

"Nossa equipe vem conduzindo um estudo sistemático há 3 anos, onde usamos o telescópio de pesquisa óptica da Zwicky Transient Facility (ZTF) para escanear a região do céu de cada novo neutrino de alta energia que podemos observar", disse Simeon Reusch, um dos pesquisadores que realizaram o estudo, disse Phys.org. “Nosso artigo recente examina uma possível fonte de um desses neutrinos, uma enorme explosão óptica em uma galáxia muito distante, chamada AT2019fdr”.

AT2019fdr, a explosão óptica examinada por Reusch e seus colegas, é um evento transitório, o que significa que muda ao longo do tempo. Os pesquisadores estudaram esse evento em grande profundidade, tentando determinar sua possível origem.

Com base em suas análises, eles concluíram que o AT2019fdr era provavelmente um evento de ruptura das marés (TDE). Os TDEs ocorrem quando uma estrela se aproxima do buraco negro supermassivo no centro de uma galáxia e está perto o suficiente para ser afetada por ele.

“À medida que a estrela se aproxima do buraco negro, a atração gravitacional na frente da estrela é muito mais forte do que na parte de trás, rasgando a estrela”, explicou Reusch. "Cerca de metade da massa da estrela é então acumulada ao redor do buraco negro, fazendo com que os detritos brilhem intensamente por meses."

Reusch e seus colegas também tentaram determinar se AT2019fdr poderia ser a possível origem do neutrino de alta energia que observaram. Para fazer isso, eles se uniram a físicos teóricos que poderiam modelar a fonte e fazer previsões teóricas com base em seus modelos.

“Tentamos coletar o máximo possível de dados eletromagnéticos no AT2019fdr, abrangendo uma ampla gama de comprimentos de onda”, disse Reusch. "Observamos a localização e coletamos dados preexistentes para ela em comprimentos de onda de rádio, infravermelho, óptico, UV, raios X e raios gama".

Em sua análise, os pesquisadores avaliaram o evento AT2019fdr e outras fontes possíveis para o neutrino de alta energia que observaram, todos situados a uma proximidade razoável. Curiosamente, eles descartaram todas as fontes, exceto AT2019fdr, devido à sua curva de luz (ou seja, perfil de brilho ao longo do tempo) ou devido aos espectros ópticos que levaram.

“O forte eco de poeira que detectamos está na faixa do infravermelho, ligando o AT2019fdr a uma subclasse de fontes de eco de poeira no centro das galáxias”, disse Reusch. "O 'eco' real é produzido quando a intensa radiação do TDE aquece a poeira circundante, que então começa a brilhar na faixa do infravermelho. O enorme tamanho do sistema causa atrasos devido aos tempos de viagem da luz, razão pela qual o pico do eco de poeira é atrasado em relação ao flare."

Reusch e seus colegas também observaram um sinal de raios-X tardio com o eROSITA a bordo do satélite SRG, com um espectro extremamente suave. No geral, suas medições e análises teóricas apontam para AT2019fdr como a fonte do neutrino de alta energia que observaram. Além disso, as descobertas da equipe sugerem que AT2019fdr é uma TDE e não uma supernova superluminosa, uma explosão "regular" originada no centro da galáxia ou outro tipo de evento cosmológico.

“Nossas descobertas são dignas de nota, pois um artigo anterior de nosso grupo já havia identificado um TDE (AT2019fdr) como a provável fonte de outro neutrino de alta energia”, acrescentou Reusch. "Se de fato esses TDEs eram fontes de neutrinos, eles devem ser bastante eficientes na produção de neutrinos de alta energia. Estudos multi-mensageiro como o apresentado em nosso artigo fornecem informações sobre aceleradores de partículas cósmicas como TDEs ou AGN que não são possíveis com base em fótons sozinho."

Em seus próximos estudos, os pesquisadores realizarão mais análises para validar ainda mais suas descobertas. Além disso, eles planejam buscar outros TDEs dentro do grande conjunto de dados de eventos cosmológicos compilados pela ZTF até agora. + Explorar mais

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