Nou pas endavant en l’“astronomia multimissatger”. La prestigiosa revista The Astrophysical Journal publica un estudi conjunt dels experiments IceCube i ANTARES per buscar neutrins d’origen astrofísic. Es tracta de dos dels principals “telescopis” del món que busquen aquest tipus de partícula elemental, que conté valuosa informació dels llocs del cosmos on es produeixen com els voltants de forats negres o en supernoves. L’estudi està liderat per Giulia Illuminati, investigadora predoctoral de l’Institut de Física Corpuscular (IFIC, CSIC-Universitat de València), centre d’investigació que lidera la participació espanyola en ANTARES i el seu successor, KM3NeT.

L’astronomia ja no observa l’univers només mitjançant l’espectre electromagnètic (llum, infrarojos o ones de ràdio). Els avenços en la física i la tecnologia permeten utilitzar altres fonts com els neutrins. Aquest tipus de partícula elemental és un missatger fidel que conté valuosa informació dels llocs on es produeixen, fenòmens extrems de l’univers com supernoves o forats negres. Per les seues peculiars característiques (no tenen càrrega elèctrica i pràcticament no tenen massa), els neutrins viatgen directament fins a nosaltres des del seu origen, de manera que són una eina molt útil per identificar on es produeixen aquests successos.

No obstant això, les seues propietats també els fan molt difícils de detectar. Per a això, els experiments que els busquen utilitzen grans volums de matèria i esperen que un d’aquests neutrins d’origen astrofísic interaccione deixant un senyal en els seus detectors. Un d’ells és IceCube, que desplega més de 5.000 detectors òptics en un quilòmetre cúbic de gel de l’Antàrtida. Un altre és ANTARES, que té prop de 1.000 detectors al fons de la mar Mediterrània, al costat de la costa francesa.

Els dos porten més d’una dècada prenent dades. IceCube va ser el primer experiment capaç de detectar neutrins de molt alta energia, l’origen estava fora del nostre sistema solar. A més, va ser el primer telescopi que va observar una associació convincent de neutrins astrofísics amb una font còsmica individual, el blazar TXS 0506 + 056 (1 blazar és una font d’energia molt compacta i variable, associada a un forat negre al centre d’una galàxia ). No obstant això, l’origen de la majoria dels neutrins astrofísics observats per IceCube encara és desconegut, fet que motiva estudis addicionals.

Ací és on cobra importància el treball dut a terme per Giulia Illuminati en el grup d’ANTARES-KM3NeT de l’Institut de Física Corpuscular. La investigadora predoctoral ha liderat fins a cinc anàlisis que combinen dades d’IceCube i ANTARES per buscar l’origen dels neutrins astrofísics. “La raó per fer això és que els dos telescopis es complementen gràcies a les seues diferents característiques, en particular el major volum d’IceCube i la vista privilegiada del cel de l’Hemisferi Sud d’ANTARES”, explica Illuminati.

Les primeres dues anàlisis van consistir en l’exploració completa del cel de l’hemisferi sud i d’una regió restringida al voltant del centre de la nostra galàxia, on es creu que hi ha un forat negre supermassiu. En la tercera anàlisi van investigar les posicions d’una llista de 57 objectes astrofísics coneguts per la seua emissió de rajos gamma (a la qual s’associa també la producció de neutrins). Finalment, van dur a terme dues recerques de la ubicació de dos candidats prometedors a ser fonts de neutrins: la font de ràdio Sagitari A* (associada al forat negre supermassiu de centre de la Via Làctia) i el romanent de supernova RXJ 1713.7-3946.

“Atès que els voltants dels forats negres supermassius són un lloc on molt probablement es produeix l’acceleració de rajos còsmics de molt alta energia, i, per tant, possibles fonts de neutrins còsmics, Sagitari A*, situat al centre de la nostra galàxia, és un candidat de particular interès”, justifica Illuminati. Per la seua banda, “els romanents de supernova són els candidats més prometedors per a l’acceleració dels rajos còsmics galàctics. Per tant, el romanent de supernova RX J1713.7-3946, que és l’objecte més brillant d’aquest tipus en el cel observat en rajos gamma amb energies del TeV, representa un objectiu particularment interessant per a la recerca de neutrins còsmics”, assenyala.

Encara que les anàlisis no van trobar cap emissió significativa de neutrins procedent dels llocs explorats, han servit per demostrar el potencial de fer cerques conjuntes amb els dos experiments per fer descobriments futurs. “Per descobrir una font de neutrins en l’àrea de centre galàctic només necessitaríem observar la meitat del flux de neutrins en comparació amb el que cada experiment ha d’observar per separat”, assegura la investigadora de l’IFIC. Això suposa duplicar la sensibilitat dels dos experiments de manera conjunta. Amb la posada en marxa de KM3NeT, que desplegarà més de 10.000 sensors en diversos llocs de la Mediterrània i les primeres línies s’han instal·lat i estan prenent dades, i la propera millora d’IceCube, el potencial de les anàlisis conjuntes sembla clar.

Més informació:

“ANTARES and IceCube Combined Search for Neutrino Point-like and Extended Sources in the Southern Sky”, ANTARES and IceCube Collaboration, The Astrophysical Journal, Volume 892, Number 2

https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ab7afb

https://arxiv.org/abs/2001.04412

ANTARES and IceCube combine forces to search for southern sky neutrino sources