07/03/2021

Un neutrí "fantasma" procedent d'un forat negre que destrueix un estel, revela un accelerador de partícules còsmiques de proporcions èpiques.

Segons un nou estudi, una partícula fantasmal que es va estavellar contra l'Antàrtida el 2019 ha estat rastrejada fins a un forat negre que esquinça un estel mentre actua com un gegantesc accelerador de partícules còsmiques. 

Els científics van investigar un tipus de partícula subatòmica coneguda com neutrí, que es genera en reaccions nuclears i en la desintegració radioactiva d'àtoms inestables. Els neutrins són extraordinàriament lleugers: unes 500.000 vegades més lleugers que l'electró. 

Els neutrins no tenen càrrega elèctrica i poques vegades interactuen amb altres partícules. Com a tals, poden lliscar fàcilment a través de la matèria: un any-llum de plom, que equival a uns 5,8 bilions de milles (9,5 bilions de quilòmetres), només detindria la meitat dels neutrins que el travessen.

No obstant això, els neutrins xoquen ocasionalment amb els àtoms. Quan això passa, emeten centelleigs de llum reveladors, que els científics han detectat prèviament per confirmar la seva existència. 

En un nou estudi, els investigadors van examinar un neutrí d'energia extremadament alta que van detectar l'1 d'octubre de 2019, utilitzant l'Observatori de Neutrins IceCube al Pol Sud. 

Després que el forat negre supermassiu de la galàxia 2MASX J20570298+1.412.165
esgarrinxés l'estrella, aproximadament la meitat de les restes de l'estrella van ser
llançades a l'espai, mentre que la resta va formar un brillant disc d'acreció al
voltant del forat negre. (Crèdit de la imatge: DESY Science Communication Lab)
 

"Es va estavellar contra el gel de l'Antàrtida amb una notable energia de més de 100 teraelectronvolts", va dir en un comunicat la coautora de l'estudi, Anna Franckowiak, ara a la Universitat de Bochum (Alemanya). "A tall de comparació, això és al menys 10 vegades l'energia màxima de partícules que es pot assolir en l'accelerador de partícules més potent del món, el Gran Col·lisionador d'Hadrons".

Per descobrir els orígens d'un neutrí tan potent, els científics van traçar la seva trajectòria en l'espai. Van descobrir que probablement procedia de la galàxia designada "2MASX J20570298+1.412.165" a la constel·lació de Delphinus, el dofí, i que es troba a uns 750 milions d'anys llum de la Terra. 

Uns sis mesos abans que els científics detectessin el neutrí d'alta energia, els astrònoms van ser testimonis d'un resplendor procedent d'aquesta galàxia gràcies a la instal·lació de transitoris Zwicky, situada al Mount Palomar (Califòrnia). Aquesta llum procedia probablement d'un forat negre que destruïa un estel, un esdeveniment anomenat disrupció de marea i batejat "AT2019dsg".

Els investigadors suggereixen que una estrella es va acostar massa a un forat negre supermassiu situat al centre de la galàxia 2MASX J20570298+1.412.165, uns 30 milions de vegades més massiu que el sol. Llavors va ser esquinçada per la colossal gravetat del forat negre, una versió extrema de la forma en què la Lluna fa pujar i baixar les marees a la Terra.  

Els científics van observar que aproximadament la meitat de les restes de l'estrella van ser llançats a l'espai, mentre que l'altra meitat es va assentar en un disc arremolinat al voltant del forat negre. A mesura que la matèria d'aquesta estrella desmantellada queia en aquest disc, s'escalfava i brillava prou com perquè els astrònoms poguessin veure-la des de la Terra.

Els investigadors van estimar que aquest neutrí només tenia una probabilitat entre 500 de coincidir amb l'esdeveniment. Això suggereix que els científics han detectat probablement la primera partícula que es remunta a un esdeveniment de disrupció de marea. 

"Fa temps que es va predir mitjançant treballs teòrics que els neutrins podrien provenir d'esdeveniments de disrupció de marea", va dir a Space.com l'autor principal de l'estudi, Robert Stein, astrònom del Sincrotró Alemany d'Electrons (DESY) a Zeuthen, Alemanya. "Aquest treball és la primera evidència observacional que dóna suport aquesta afirmació". Ell i els seus col·legues van detallar les seves troballes en línia el 21 de febrer a la revista Nature Astronomy.

Clic per engrandir. El Zwicky Transient Facility va capturar aquesta instantània
de l'esdeveniment de disrupció de marea AT2019dsg (encerclat), el 19 d'octubre
de 2019. (Crèdit de la imatge: ZTF / Caltech Optical Observatories)

Aquestes noves troballes aporten llum sobre els esdeveniments de disrupció de marea, sobre els quals encara en desconeix molt. En concret, els investigadors suggereixen que el neutrí procedeix de dolls de matèria que surten disparats des de les proximitats del disc d'acreció del forat negre a una velocitat propera a la de la llum, va explicar a Space.com Cecília Lunardini, astrofísica de partícules de la Universitat Estatal d'Arizona. Ella i el coautor de l'estudi, Walter Winter, del DESY, han detallat les seves troballes en línia el 22 de febrer en un estudi complementari a la revista Nature Astronomy.

Tot i que aquests dolls relativistes probablement van llançar molts tipus de partícules diferents, aquestes eren majoritàriament partícules carregades elèctricament, que són desviades pels camps magnètics intergalàctics abans que puguin arribar a la Terra. En canvi, els neutrins (que no tenen càrrega) poden viatjar en línia recta com raigs de llum des de l'esdeveniment de disrupció de marea.

"Aquest descobriment marca només la segona vegada que els científics han rastrejat un neutrí d'alta energia fins a la seva font", va dir Stein. La primera vegada, el 2018, els astrònoms van rastrejar un neutrí d'aquest tipus fins al Blàzar TXS 0506+056, una enorme galàxia el·líptica amb un forat negre supermassiu de gir ràpid en el seu cor. 

"Saber d'on provenen els neutrins d'alta energia és una gran pregunta de l'astrofísica de partícules", va dir Stein. "Ara tenim més proves que probablement puguin procedir d'esdeveniments de disrupció de marees".  

"Un aspecte estrany d'aquest descobriment és que el neutrí no es va detectar fins a mig any després que el forat negre comencés a engolir l'estrella. El que això suggereix és que l'esdeveniment de disrupció de marea pot actuar com un accelerador gegant de partícules còsmiques durant mesos", va dir Stein.

Encara que els investigadors només van detectar un neutrí procedent d'aquest esdeveniment de disrupció de marea, "perquè en detectéssim tan sols un, n'hi havia d'haver milers i milers de milions que s'estaven generant", va dir Stein. "Vam tenir sort de veure'n un".

 

Ho he vist aquí.