Detectado el origen de las partículas fantasma que bombardean la Tierra

Hace 4.000 millones de años se creó una partícula elemental sin carga ni apenas masa. Era inmune a las interacciones electromagnéticas con el resto de partículas y también a la gravedad, así que desde entonces viajó por el universo en línea recta atravesando galaxias, estrellas, planetas y cualquier otra cosa que se le pusiese por delante.

El 22 de septiembre de 2017, en el Polo Sur, a más de un kilómetro bajo el hielo de la Antártida, saltaron las alarmas en el detector IceCube. Este coloso de la ciencia caza más de 200 neutrinos al día, pero este era único porque tenía una energía muchas veces superior a la del resto de neutrinos, lo que indicaba su lejana procedencia. Gracias a esta partícula, cuya detección se ha anunciado hoy en dos artículos publicados en Science, se ha conseguido resolver un enigma cosmológico de más de 100 años: ¿De dónde vienen los rayos cósmicos, las emisiones de partículas más potentes que se conocen?

En 1912, Victor Hess descubrió los rayos cósmicos durante un ascenso en globo armado con un electroscopio. Estas emanaciones están hechas de protones y núcleos atómicos acelerados a altísimas energías. Desde entonces se ha intentado encontrar su origen, algo muy complicado porque los protones tienen carga positiva y su trayectoria por el universo se desvía cada vez que encuentran un campo magnético con lo que es muy difícil identificar su fuente original. La teoría predice que los rayos cósmicos también contienen neutrinos, cuya falta de carga y ligereza les hacen viajar en línea recta desde su origen durante miles de millones de años. CAda segundo billones de neutrinos atraviesan nuestro cuerpo sin causar el menor efecto, pues rara vez interactúan con la materia. La inmensa mayoría de ellos provienen del Sol. Desde que se comenzaron a estudiar estas partículas, solo se han identificado un reducido número que provienen de fuera del Sistema Solar —a los dos más célebres se les apoda Epi y Blas— y hasta ahora no se había identificado su origen exacto.

El IceCube de la Antártida es un bloque de un kilómetro cuadrado que contiene unos 5.000 detectores engastados en el hielo. Cuando un neutrino interactúa con un átomo de hidrógeno u oxígeno dentro de un detector se produce un destello de luz que desvela la trayectoria exacta de la partícula fantasma. Gracias a este experimento financiado por la Fundación Nacional de Ciencia de EE UU y con un coste total de 279 millones de dólares se ha podido identificar por primera vez el origen de un neutrino originado fuera de nuestra galaxia.

Según los dos estudios publicados hoy esta partícula venía de un blazar, una galaxia en espiral con un agujero negro masivo en su centro que gira a gran velocidad. La galaxia, llamada TXS 0506+065, está a unos 4.000 millones de años luz en la constelación de Orión. Este cuerpo no emite luz en el espectro visible, pero dos instrumentos, el telescopio espacial Fermi de la NASA y los telescopios MAGIC en la isla de la Palma, en Canarias, han observado potentes emisiones de rayos gamma justo después de que IceCube detectara al viajero interestelar, lo que reafirma que el origen de esta partícula es el blazar. Los blazares escupen dos potentes rayos de partículas en direcciones opuestas. Uno de esos haces está justo orientado hacia la Tierra, lo que ha permitido detectar la partícula que ha desvelado su posición. La única forma de producir neutrinos como este es acelerando protones lo que a su vez favorece que los piones, otra partícula elemental, se descompongan formando neutrinos, por lo que los responsables del hallazgo creen que, por primera vez, han identificado la fuente de los rayos cósmicos que bombardean la Tierra y que fueron descubiertos por Hess hace más de un siglo.

Hasta ahora se pensaba que solo los objetos más violentos del cosmos, como las estrellas que implosionan en supernovas, las galaxias que colisionan o los núcleos activos de galaxias, eran capaces de producir rayos cósmicos y los blazares no eran uno de los candidatos predilectos. El estudio de hoy muestra que la energía del neutrino captado en el polo sur era de 300 teraelectronvoltios, unas 20 veces más que el LHC, el acelerador de partículas más potente del mundo. Los estudios publicados hoy cambian las hipótesis iniciales y desvelan que el blazar TXS 0506+065 es uno de los objetos más luminosos del universo conocido, aunque emita luz en una longitud de onda fuera del espectro visible. Tras la primera detección los responsables de IceCube han identificado más de una docena de neutrinos detectados entrefinales de 2014 y principios de 2015 que también vendrían de este blazar. En total, más de 20 observatorios astronómicos han participado en el hallazgo.

Lo más importante del hallazgo es que confirma que la astronomía de neutrinos es capaz de estudiar agujeros negros y otros cuerpos que hasta hace muy poco eran totalmente invisibles para los instrumentos convencionales. En esto las partículas fantasma, tan esquivas y difíciles de cazar, se parecen a las ondas gravitacionales, pues desvelan qué sucede en los confines más oscuros y violentos del universo.