Un telescopio bajo el hielo de la Antártida detecta los primeros neutrinos galácticos

Un enorme telescopio construido bajo el hielo del Polo Sur ha detectado por primera vez neutrinos provenientes de nuestra galaxia, la Vía Láctea. El hallazgo es la confirmación de un fenómeno esperado desde hace años, e implica que en nuestro propio vecindario cósmico hay cuerpos desconocidos capaces de producir las partículas más energéticas del universo.

Los neutrinos son las partículas más abundantes del cosmos. Cada segundo atraviesan nuestro cuerpo unos 100 billones sin que nos demos cuenta. Estas partículas fantasmales no tienen carga eléctrica ni apenas masa. La inmensa mayoría de neutrinos atraviesa la Tierra de lado a lado sin dejar rastro. Pero unos pocos interactúan con algún átomo y producen un destello de luz azul que permite determinar su origen.

El telescopio IceCube es una mole de un kilómetro cúbico de hielo antártico en la que se han engastado más de 5.000 detectores esféricos capaces de captar los destellos que dejan los neutrinos a su paso. En 2013, el observatorio descubrió los dos primeros neutrinos llegados de fuera de nuestra galaxia. Fueron bautizados Epi y Blas e inauguraron una nueva era de la astronomía, aunque no se pudo determinar de dónde venían exactamente.

En 2017 y 2022, se atraparon unas pocas decenas de neutrinos más que permitieron identificar las dos primeras fuentes fuera de nuestra galaxia: dos agujeros negros en los que podrían caber millones de estrellas como el Sol. En el primer caso, los neutrinos habían viajado a casi la velocidad de la luz durante más de 4.000 millones de años desde la lejana galaxia TXS 0506+065. En el segundo, provenían de Messier 77, una galaxia a apenas 47 millones de años luz de nuestro sistema solar.

Los neutrinos van asociados a los rayos cósmicos —haces de partículas cargadas que son las más energéticas del universo—. En 1993, un telescopio en Utah (Estados Unidos) captó la partícula de este tipo más potente que se conoce. Viajaba rozando la velocidad de la luz y su energía era millones de veces superior a la que puede alcanzar el acelerador de partículas más potente del mundo, el LHC. En un principio se la llamó señal WTF (iniciales de ¡qué cojones!, en inglés), aunque finalmente se la bautizó como OMG (Oh, Dios mío). Los astrofísicos usan los grandes detectores de neutrinos para intentar saber de dónde vienen los rayos cósmicos.

En esta ocasión, IceCube ha descubierto centenares de neutrinos que llegan del centro de nuestra galaxia, a unos 25.000 años luz, y con una energía 10.000 veces mayor que la de un acelerador de partículas, explica Ignacio Taboada, portavoz del telescopio IceCube. “Descubrir estos neutrinos galácticos debería ser lo más fácil, pero resulta que la Vía Láctea no produce muchos. Por fin hemos conseguido atraparlos y así sabemos que en nuestro entorno cósmico también hay objetos capaces de producirlos”, destaca Taboada, investigador de origen venezolano que ha trabajado en IceCube desde su construcción, en 2010. El descubrimiento se publica hoy en la revista Science, referente de la mejor ciencia mundial.

La mole de IceCube se sitúa debajo de la base estadounidense Amundsen-Scott del Polo Sur, donde la temperatura media es de 50 grados bajo cero. Durante el invierno antártico, que dura seis meses en los que siempre es de noche, solo dos personas permanecen en la base para mantener IceCube en funcionamiento. Mientras, un equipo de más de 300 científicos de más de 12 países pueden acceder a los datos en tiempo real.

Para el hallazgo de hoy se ha desarrollado una inteligencia artificial que ha analizado un billón de señales de neutrinos captados entre 2011 y 2022, y ha seleccionado los pocos centenares que provienen de la Vía Láctea. Juan Antonio Aguilar, físico de astropartículas albaceteño que forma parte del equipo de IceCube, detalla que “antes se usaban modelos estadísticos menos certeros para analizar las señales captadas por el telescopio”. Las nuevas herramientas basadas en redes neuronales permiten limpiar el ruido producido por otras partículas y quedarse solo con “las señales que llegan de dentro de la galaxia”.

La Vía Láctea tiene forma de espiral aplanada, como una galleta, y las señales parecen venir justo del borde. Los datos de IceCube muestran que hay una especie de nube difuminada de neutrinos que se extiende por todo el centro galáctico. Además, puede haber una o varias fuentes puntuales de neutrinos. Es posible que una de ellas sea Sagitario A*, un agujero negro con una masa equivalente a cuatro millones de estrellas como el Sol que se agazapa justo en el centro de la galaxia. También es posible que haya otros objetos desconocidos que producen rayos cósmicos y neutrinos, como un agujero negro que se está tragando una estrella cercana.

“El hallazgo de IceCube desvela que en nuestra propia galaxia tiene que haber enormes aceleradores de partículas” equiparables a los que antes se habían detectado en otras galaxias más o menos lejanas, resume Francisco Salesa, científico del Instituto de Física Corpuscular, en Valencia. Este mismo mes, el detector de neutrinos Antares, situado bajo el mar Mediterráneo, en la costa de Tolón (Francia), captó una señal de neutrinos galácticos. “La fiabilidad de esa señal era de dos sigma, es decir, había una posibilidad entre 100 de que la señal fuese un error”, explica Salesa. “La observación de IceCube tiene 4,5 sigma, una posibilidad de error entre 10 millones”. Es mucho más fiable, pero se queda a las puertas de poder reclamar un descubrimiento, que requiere cinco sigma —una posibilidad entre 3,5 millones—.

Ahora comienza una carrera mundial para identificar el origen los neutrinos galácticos. IceCube, impulsado principalmente por Estados Unidos, seguirá funcionando varios años y podría lograrlo. Pero el hecho de estar en el hemisferio sur hace que el centro de la galaxia le quede justo encima, lo que introduce mucho ruido causado por otras partículas elementales producidas en la atmósfera, el Sol y otros objetos. Actualmente, se está construyendo KM3Net, un nuevo telescopio submarino en el Mediterráneo con dos sedes, Arca y Orca, situadas cerca de Tolón y Sicilia (Italia). Al estar en el hemisferio norte, la Tierra le servirá de filtro y teóricamente podrá afinar mucho mejor el origen de los esquivos neutrinos galácticos

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