No espaço, os neutrinos energéticos geralmente são combinados com raios gama energéticos. O Galaxy NGC 1068, no entanto, emite neutrinos fortes e raios gama fracos, o que apresenta um quebra -cabeça para os cientistas resolverem. Um novo papel postula que os núcleos de hélio colidem com fótons ultravioleta emitidos pela região central da galáxia e fragmento, liberando nêutrons que subsequentemente se deterioram em neutrinos sem produzir raios gama.
A descoberta oferece informações sobre o ambiente extremo em torno dos buracos negros supermassivos no centro de galáxias como o NGC 1068 e a nossa e aprimora nossa compreensão das relações entre radiação e partículas elementares que podem levar a avanços tecnológicos que ainda não imaginamos.
Enterrados profundamente no gelo na Antártica estão “olhos” que podem ver partículas elementares chamadas neutrinos, e o que eles observaram são os cientistas intrigantes: um sinal de neutrino notavelmente forte acompanhado por uma emissão de raios gama surpreendentemente fraca na galáxia NGC 1068, também conhecida como galáxia de esquadrão.
Os “olhos” são uma coleção de detectores enterrados em um quilômetro cúbico de gelo chamado Observatório de Neutrinos do Icecube. Os físicos teóricos da UCLA, da Universidade de Osaka e do Instituto da Universidade de Tóquio Kavli para a Física e Matemática do Universo (Kavli IPMU, WPI) estão usando suas observações do NGC 1068 para propor uma rota completamente nova pela qual os neutrinos podem ser produzidos.
Os neutrinos são partículas subatômicas que interagem apenas muito fracamente com a gravidade e podem passar pela matéria. Isso os torna ainda mais difíceis de detectar do que outras partículas, como elétrons. O Observatório Icecube Neutrino consiste em 5.160 sensores enterrados em gelo antártico claro e comprimido que procuram eventos que possam ser produzidos por neutrinos quando passam pelo gelo, interagem com ele e criam partículas carregadas.
“Temos telescópios que usam luz para olhar as estrelas, mas muitos desses sistemas astrofísicos também emitem neutrinos”, disse Alexander Kusenko, professor de física e astronomia da UCLA e membro sênior da Kavli IPMU. “Para ver neutrinos, precisamos de um tipo diferente de telescópio, e esse é o telescópio que temos no Pólo Sul”.
O telescópio de neutrino do Icecube detectou neutrinos muito energéticos provenientes do NGC 1068 acompanhados por um fraco fluxo de raios gama, sugerindo que esses neutrinos possam ter sido produzidos de uma maneira diferente do que se pensava anteriormente. Pensa -se que os dados NGC 1068 são desconcertantes porque, tipicamente, os neutrinos energéticos de centros galácticos ativos se originam das interações entre prótons e fótons, produzindo raios gama de intensidade comparável. Assim, os neutrinos energéticos geralmente são emparelhados com raios gama energéticos.
A emissão de raios gama do NGC 1068 é significativamente menor que o esperado e mostra uma forma espectral distintamente diferente. Modelos tradicionais, incluindo aqueles baseados em colisões de prótons e emissão da região de plasma quente da galáxia conhecida como “Corona”, foram amplamente utilizados para explicar esses sinais de neutrinos, mas enfrentaram limitações teóricas, provocando a busca por uma nova explicação.
Em um novo artigo publicado em Cartas de revisão física, Kusenko e colegas sugerem que os neutrinos de alta energia do NGC 1068 resultam principalmente da decaimento de nêutrons quando núcleos de hélio no jato da galáxia se separam sob intensa radiação ultravioleta. Quando esses núcleos de hélio colidem com fótons ultravioleta emitidos pela região central da galáxia, eles se fragmentam, liberando nêutrons que subsequentemente se deterioram em neutrinos. As energias dos neutrinos resultantes correspondem às observações.
Além disso, os elétrons gerados por esses decaimentos nucleares interagem com os campos de radiação circundantes, criando raios gama consistentes com a menor intensidade observada. Esse cenário explica elegantemente por que o sinal de neutrino supera drasticamente a emissão de raios gama e é responsável pelo espectro de energia distinto observado nos raios de neutrinos e gama.
O avanço ajuda os cientistas a entender como os jatos cósmicos em galáxias ativas podem emitir neutrinos poderosos sem um brilho correspondente de raios gama, lançando uma nova luz sobre as condições extremas e complexas que envolvem buracos negros supermassivos, incluindo a no centro de nossa própria galáxia.
“Não sabemos muito sobre a região central e extrema, perto do centro galáctico do NGC1068”, disse Kusenko. “Se nosso cenário for confirmado, ele nos diz algo sobre o ambiente próximo ao buraco negro supermassivo no centro dessa galáxia”.
O novo artigo propõe que, se um núcleo de hélio acelerar no jato de um buraco negro supermassivo, ele colide com fótons e se separa, derramando seus dois prótons e dois nêutrons no espaço. Os prótons podem voar para longe, mas os nêutrons são instáveis e desmoronam ou se deterioram em neutrinos sem produzir raios gama.
“O hidrogênio e o hélio são os dois elementos mais comuns no espaço”, disse o primeiro autor e estudante de doutorado da UCLA, Koichiro Yasuda. “Mas o hidrogênio tem apenas um próton e, se esse próton chegar a fótons, produzirá neutrinos e raios gama fortes. Mas os nêutrons têm uma maneira adicional de formar neutrinos que não produzem raios gama. Portanto, o hélio é a origem mais provável dos neutrinos que observamos no NGC 1068”.
O trabalho revela a existência de fontes astrofísicas de neutrinos ocultos, cujos sinais podem ter passado despercebidos devido às suas fracas assinaturas de raios gama.
“Essa idéia oferece uma nova perspectiva além dos modelos tradicionais de Corona. O NGC 1068 é apenas uma das muitas galáxias semelhantes no universo, e futuras detecções de neutrinos delas ajudarão a testar nossa teoria e descobrir a origem dessas partículas misteriosas”, disse o co-autor e o professor de astrofísica da Universidade de Osaka Yoshiyuki.
Como o NGC 1068, nossa galáxia também possui um buraco negro supermassivo no centro, onde a gravidade e a energia insondáveis imensas se separam literalmente átomos, e a descoberta de neutrinos também se mantém para nossa galáxia. Embora não exista necessariamente uma linha reta do entendimento do centro galáctico a melhorias no bem -estar humano, o conhecimento adquirido através do estudo de partículas como neutrinos e radiação como os raios gama tem uma tendência a liderar os caminhos surpreendentes e transformadores.
“Quando JJ Thompson recebeu o Prêmio Nobel de Física de 1906 pela descoberta de elétrons, ele fez um brinde em um jantar após a cerimônia, dizendo que essa foi provavelmente a descoberta mais inútil da história”, disse Kusenko. “E, é claro, todos os smartphones, todos os dispositivos eletrônicos hoje, usam a descoberta que Thompson fez há quase 125 anos”.
Kusenko também disse que a física de partículas deu origem à World Wide Web, que se originou como uma rede desenvolvida por físicos que precisavam mover grandes quantidades de dados entre os laboratórios. Ele ressaltou que a descoberta de ressonância magnética nuclear parecia obscura na época, mas levou ao desenvolvimento da tecnologia de ressonância magnética, que agora é usada rotineiramente na medicina.
“Estamos no início do novo campo da astronomia dos neutrinos, e os misteriosos neutrinos da NGC 1068 são um dos quebra -cabeças que temos que resolver ao longo do caminho”, disse Kusenko. “O investimento na ciência produzirá algo que você pode não ser capaz de apreciar agora, mas pode produzir algo grande décadas depois. É um investimento de longo prazo, e as empresas privadas relutam em investir no tipo de pesquisa que estamos fazendo. É por isso que o financiamento do governo para a ciência é tão importante e é por isso que as universidades são tão importantes”.
A pesquisa foi financiada pelo Departamento de Energia, pela Premier Premier International Research Center Initiative (WPI) e pela Sociedade Japonesa para a Promoção da Ciência.