La nueva astronomía multimensajero se pone a punto. Además del espectro electromagnético (luz, radio, infrarrojo, microondas...), ahora se estudia el cielo utilizando ondas gravitacionales y neutrinos procedentes de fenómenos muy violentos y energéticos del Universo. En este campo, IceCube, el telescopio de neutrinos más potente del mundo, anuncia un nuevo hito: publica en Science la primera evidencia de la fuente de un neutrino detectado en el hielo de la Antártida hace casi un año. Para identificarla contó con la ayuda de 20 satélites y telescopios que observan distintas regiones del espectro electromagnético, y también de otro telescopio de neutrinos, ANTARES, en una búsqueda que lidera el Instituto de Física Corpuscular (IFIC), Centro de Excelencia Severo Ochoa del CSIC y la Universitat de València. Sería la primera vez que se identifica el origen de los neutrinos más energéticos conocidos.

IceCube, que utiliza un kilómetro cúbico del hielo de la Antártida para detectar neutrinos, cazó el 22 de septiembre de 2017 una de estas partículas elementales con una energía muy alta, 300 TeV (teralectronvoltios), mucho más que las que se producen en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN (6,5 TeV). Inmediatamente envió una alerta a una red de telescopios colaboradores para que observaran el lugar del cielo que había acotado como posible origen. El satélite de la NASA Fermi/LAT detectó una emisión de rayos gamma (un tipo de radiación electromagnética muy energética) procedente del blázar TXS 0506+056, una galaxia espiral con un agujero negro masivo en su centro que gira rápidamente emitiendo chorros de luz y partículas, ubicado cerca de la constelación de Orión, a 4.000 millones de años luz de la Tierra.

Búsquedas con ANTARES

El telescopio de rayos gamma en superficie MAGIC (isla de La Palma, Islas Canarias) detectó también esta emisión de rayos gamma muy energéticos del blázar TXS 0506+056 asociada a la detección de este neutrino de muy alta energía. Así, tanto el propio IceCube como ANTARES, el otro telescopio de neutrinos actualmente en funcionamiento en el mundo, comenzaron a revisar sus datos para comprobar el origen de este evento. En ANTARES, el Instituto de Física Corpuscular lideró un primer análisis para cotejar los datos acumulados por el experimento con la señal obtenida por IceCube, sin hallar correlación concluyente. Este análisis lo realizó Alexis Coleiro, investigador del IFIC.

Posteriormente, Javier Barrios y Giulia Illuminati, estudiantes doctorales del IFIC, realizaron un segundo análisis buscando el posible origen del suceso alrededor del blázar TXS 0506+056 utilizando los datos acumulados durante 9 años por ANTARES, resultando esta la tercera fuente más probable de las 107 cotejadas aunque sin obtener resultados estadísticamente significativos. Agustín Sánchez Losa, antiguo doctorado del IFIC e investigador postodoctoral del INFN (Italia), realizó un tercer análisis de los datos obtenidos por ANTARES cuando IceCube detectó más neutrinos procedentes de la región donde se sitúa TXS 0506+056, en diciembre de 2014, sin hallar tampoco eventos relacionados.

Importancia de la astronomía con neutrinos

La muestra de neutrinos de alta energía obtenida por ANTARES es menor que la de IceCube, al tratarse de un detector más pequeño. Además, el no encontrar señales coincidentes se explica también por la ubicación de ambos detectores: mientras que IceCube es más sensible a neutrinos que proceden del hemisferio Norte, ANTARES lo es a los que proceden del Sur. El detector KM3NeT, el sucesor de ANTARES actualmente en fase de instalación en el Mediterráneo, permitirá dar un gran salto en la capacidad de observar el Universo a través de esta nueva ventana astronómica, ya que contará con un tamaño mayor que IceCube y la ventaja de operar en el fondo del mar, lo que permite identificar mejor la dirección de origen de los neutrinos que en el hielo.

Para el director de IceCube, Francis Halzen, los análisis publicados en Science suponen una evidencia “convincente” de la primera fuente conocida de neutrinos y rayos cósmicos de alta energía. Los rayos cósmicos son las partículas cargadas (protones, principalmente) más energéticas que se conocen, cuyo origen sigue siendo un misterio más de 100 años después de su descubrimiento. El problema para determinar su fuente es que, al tratarse de partículas cargadas, sus trayectorias se alteran por los campos magnéticos que encuentran en su viaje hacia la Tierra. Este problema no afecta a los neutrinos, que se producen en los mismos fenómenos astrofísicos (galaxias de núcleo activo, supernovas…) pero que no tienen carga eléctrica que desvíe su trayectoria. Por eso es tan importante identificar su origen.

Más información:

Información en la web de ANTARES

"Search for neutrinos from TXS 0506+056 with the ANTARES telescope", ANTARES Collaboration

"Multimessenger observations of a flaring blazar coincident with high-energy neutrino IceCube-170922A", The IceCube, Fermi-LAT, MAGIC, AGILE, ASAS-SN, HAWC, H.E.S.S, INTEGRAL, Kanata, Kiso, Kapteyn, Liverpool telescope, Subaru, Swift/NuSTAR, VERITAS, and VLA/17B-403 teams, Science 361.

"Neutrino emission from the direction of the blazar TXS 0506+056 prior to the IceCube-170922A alert", IceCube Collaboration: M.G. Aartsen et al. Science 361.