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FÁBRICAS DE NEUTRINOS NO ESPAÇO PROFUNDO
19 de julho de 2022

 


Ilustração de um blazar acelerando raios cósmicos, neutrinos e fotões até energias altas.
Crédito: Benjamin Amend

 

Altamente energéticos e difíceis de detetar, os neutrinos viajam milhares de milhões de anos-luz antes de chegarem ao nosso planeta. Embora se saiba que estas partículas elementares provêm das profundezas do nosso Universo, a sua origem precisa é ainda desconhecida. Uma equipa internacional de investigação, liderada pela Universidade de Würzburgo e pela Universidade de Genebra, está a lançar luz sobre um aspeto deste mistério: pensa-se que os neutrinos nascem em blazares, núcleos galácticos alimentados por buracos negros supermassivos. Estes resultados foram publicados na revista The Astrophysical Journal Letters.

A atmosfera da Terra é continuamente bombardeada por raios cósmicos. Estes consistem em partículas eletricamente carregadas de energias até 1020 eletrões-volt. Isto é um milhão de vezes mais do que a energia obtida no acelerador de partículas mais poderoso do mundo, o LHC (Large Hadron Collider) perto de Genebra. As partículas extremamente energéticas vêm do espaço exterior profundo, já viajaram milhares de milhões de anos-luz. De onde são originárias, o que as dispara para o Universo com uma força tão tremenda? Estas questões há mais de um século que são dos maiores desafios da astrofísica.

Os locais de nascimento dos raios cósmicos produzem neutrinos. Os neutrinos são partículas neutras difíceis de detetar. Quase não têm massa e dificilmente interagem com a matéria. Percorrem o Universo e podem viajar através de galáxias, planetas e do corpo humano quase sem deixar rasto. "Os neutrinos astrofísicos são produzidos exclusivamente em processos que envolvem a aceleração dos raios cósmicos", explica a professora de astrofísica Sara Buson da Universidade de Würzburgo na Baviera, Alemanha. É precisamente isto que faz destes neutrinos mensageiros únicos, abrindo o caminho para identificar fontes de raios cósmicos.

Um passo em frente num debate controverso

Apesar da vasta quantidade de dados recolhidos pelos astrofísicos, a associação de neutrinos altamente energéticos com as fontes astrofísicas de onde são originários tem sido um problema por resolver durante anos. Sara Buson sempre o considerou um grande desafio. Foi em 2017 que a investigadora e colaboradores trouxeram pela primeira vez um blazar (TXS 0506+056) para a discussão como uma suposta fonte de neutrinos na revista Science. Os blazares são núcleos galácticos ativos alimentados por buracos negros supermassivos que emitem muito mais radiação do que toda a sua galáxia. A publicação desencadeou um debate científico sobre se existe realmente uma ligação entre os blazares e os neutrinos altamente energéticos.

Após este primeiro passo encorajador, em junho de 2021 o grupo da professora Buson iniciou um ambicioso projeto de investigação multimensageira com o apoio do Conselho Europeu de Investigação. Isto envolve a análise de vários sinais ("mensageiros", por exemplo, neutrinos) do Universo. O principal objetivo é esclarecer a origem dos neutrinos astrofísicos, possivelmente estabelecendo os blazares como a primeira fonte de neutrinos extragaláticos altamente energéticos com grande certeza.

O projeto está agora a mostrar o seu primeiro sucesso: na revista The Astrophysical Journal Letters, Sara Buson, juntamente com o seu grupo, o antigo pós-doc Raniere de Menezes (Universidade de Würzburgo) e com Andrea Tramacere da Universidade de Genebra, relatam que os blazares podem ser associados com confiança aos neutrinos astrofísicos com um grau de certeza sem precedentes.

Revelando o papel dos blazares

Andrea Tramacere é um dos especialistas em modelação numérica de processos de aceleração e mecanismos de radiação atuando em jatos relativistas - fluxos de matéria acelerada, aproximando-se da velocidade da luz - em particular jatos blazar. "O processo de acreção e a rotação do buraco negro levam à formação de jatos relativistas, onde as partículas são aceleradas e emitem radiação até energias de mil biliões de vezes a da luz visível! A descoberta da ligação entre estes objetos e os raios cósmicos pode ser a 'pedra de Roseta' da astrofísica de alta energia"!

Para chegar a estes resultados, a equipa de investigação utilizou dados de neutrinos do Observatório de Neutrinos IceCube na Antártida - o detetor de neutrinos mais sensível atualmente em funcionamento - e do BZCat, um dos catálogos mais precisos de blazares. "Com estes dados, tivemos de provar que os blazares, cujas posições direcionais coincidiam com as dos neutrinos, não estavam lá por acaso". Para tal, o investigador da Universidade de Genebra desenvolveu um software capaz de estimar o quanto as distribuições destes objetos no céu se assemelham. "Depois de lançar os dados várias vezes, descobrimos que a associação aleatória só pode exceder a dos dados reais uma vez num milhão de tentativas! Isto é uma forte evidência de que as nossas associações estão corretas".

Apesar deste sucesso, a equipa de investigação pensa que esta primeira amostra de objetos é apenas a "ponta do iceberg". Este trabalho permitiu-lhes reunir "novas provas observacionais", que é o ingrediente mais importante para construir modelos mais realistas de aceleradores astrofísicos. "O que temos de fazer agora é compreender aqui qual é a principal diferença entre os objetos que emitem neutrinos e os que não o fazem. Isto ajudar-nos-á a compreender até que ponto o ambiente e o acelerador 'falam' um com o outro. Poderemos então descartar alguns modelos, melhorar o poder preditivo de outros e, finalmente, acrescentar mais peças ao eterno puzzle da aceleração dos raios cósmicos"!

 

 

 

// Universidade de Würzburgo (comunicado de imprensa)
// Universidade de Genebra (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (The Astrophysical Journal Letters)
// Artigo científico (arXiv.org)

Saiba mais

Neutrino:
Wikipedia

Raios cósmicos:
Wikipedia

Blazar:
Wikipedia

Observatório de Neutrinos IceCube:
Página oficial
Wikipedia

 
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