Los neutrinos, las 'partículas fantasma' del Universo, revelan una imagen nunca vista de la Vía Láctea

Como perfectas partículas fantasma, no las podemos ver salvo en contadas ocasiones: cuando, muy raramente, chocan contra otra partícula. Al hacerlo, producen un tenue estallido de luz. Los físicos llevan décadas intentando 'atrapar' a estas partículas, construyendo en diversas partes del mundo a varios kilómetros de profundidad detectores que permanezcan aislados de cualquier otra fuente de radiación. Un poderoso ejemplo es IceCube, un inmenso observatorio que posee miles de sensores acoplados a 1.000 millones de toneladas de hielo extremadamente puro a profundidades que varían entre los 1,5 y los 2,5 kilómetros por debajo de la superficie de la Estación Amundsen-Scott, en la Antártida. En esas 'cárceles de neutrinos de hielo' se intenta que estas esquivas partículas no sean 'molestadas' por ningún otro tipo de radiación.

IceCube ya ha revelado importantes hallazgos anteriormente. En 2018, se encontró por primera vez una fuente de neutrinos de alta energía proveniente de TXS 0506+056, un blázar muy distante (el núcleo extremadamente energético de una galaxia), desde el cual chorros de partículas, impulsadas por el agujero negro supermasivo central emiten neutrinos en dirección a la Tierra. No ha sido la única ocasión: en noviembre del año pasado se publicó un estudio también en 'Science' que señalaba la primera prueba de la emisión de neutrinos de alta energía en la cercana galaxia NGC 1068, también conocida como Messier 77, que está a 47 millones de años luz y es observable desde la Tierra debido al 'monstruo' que mora en su centro.

Siempre se ha pensado que aquí, en la Vía Láctea, este fenómeno también se estaba produciendo. Sin embargo, aunque estuviera más cerca, eran más complicado de 'cazar'. «El problema aquí es que nuestro agujero negro supermasivo, Sagitario A*, lleva inactivo desde hace millones de años. Por eso, la Vía Láctea es débil en el mapa de neutrinos», explica a ABC Francis Halzen, físico de la Universidad de Wisconsin-Madison e investigador principal de IceCube.

Que en nuestra galaxia no existan fenómenos tan potentes como los blázars no es el único problema. Los neutrinos se originan como resultado de la descomposición de los rayos cósmicos -cuyo origen es uno de los grandes misterios de la astrofísica-, que chocan con nuestra atmósfera, creando no solo nuevos neutrinos sino también otras partículas diferentes y más pesadas, como son los muones. «La energía de los neutrinos de los blázars es enorme; sin embargo, en nuestra galaxia es unas 100 veces menor -explica por su parte Carlos Pobes, investigador postdoctoral del grupo Q-MAD en el Instituto de Nanociencia y Materiales de Aragón (INMA) y que fue el primer español en pasar una campaña de invierno antártico en IceCube-. A esas energías, el detector IceCube está prácticamente cegado por la detección de muones y neutrinos que se producen en nuestra propia atmósfera. Es como intentar ver las estrellas de noche. Por eso ha costado tanto detectarlos».

La novedad ahora es la introducción de un algoritmo alimentado en base a la información sobre neutrinos que había recolectado IceCube durante una década, comparando la posición relativa, el tamaño y la energía de más de 60.000 cascadas de luz generadas por neutrinos. En base a esta información, el equipo, formado por decenas de investigadores en todo el mundo, construyó un mapa de la Vía Láctea, cuyos puntos más brillantes recuerdan a las siluetas que podemos ver a otras imágenes creadas en base a la luz visible.

«Se parece mucho al elaborado con rayos gamma -la forma de luz más energética del Universo- y otras longitudes de onda de luz, salvo que, en realidad, los neutrinos son invisibles», señala Halzen.

La gran pregunta ahora es: si nuestra galaxia tiene un agujero negro supermasivo bastante 'tranquilo', ¿de dónde proceden esos neutrinos? «No sabemos exactamente qué los ha producido -señala a ABC Carlos Argüelles-Delgado, físico de la Universidad de Harvard y también involucrado en el proyecto IceCube-. La teoría actual es que los neutrinos son producidos en colisiones de rayos cósmicos presentes en nuestra galaxia con gas intergaláctico. Estas colisiones de muy alta energía producen neutrinos, que es probablemente lo que estamos viendo». Aprovechando que los neutrinos viajan en línea recta, se ha intentado rastrear su procedencia, si bien los resultados, aunque nos acercan un poco más a su origen, no han sido concluyentes.

Aún así, Argüelles-Delgado dice que el equipo no descarta que otros fenómenos 'ocultos' estén detrás de la emisión de estas partículas fantasma. «Entender la emisión galáctica de neutrinos es algo que demorara varios años, incluso tal vez décadas».

El siguiente paso será encontrar las fuentes de los rayos cósmicos, el origen de los neutrinos. «Sabemos dónde se originan los neutrinos: se producen en las interacciones de los rayos cósmicos que quedan atrapados en nuestra galaxia con el hidrógeno y otros elementos. Lo que no sabemos es cuáles son las fuentes de los rayos cósmicos galácticos. Esa es nuestra próxima frontera para la astronomía multimensajero», señala Halzen. Por su parte, Argüelles-Delgado señala: «Estamos entrando en la era del universo 'invisible', con 'mensajeros oscuros' como los neutrinos y las ondas gravitacionales», indica en relación a la publicación esta misma semana de fondo cósmico de ondas gravitacionales, una suerte de 'coro perpetuo' también invisible, pero que permea todo el Universo.

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Al respecto, Pobes señala la ilusión entre la comunidad científica porque se produzca una detección conjunta de ondas gravitacionales y neutrinos, un fenómeno mucho más improbable pero también muy interesante, y con el que cabe soñar, sobre todo con la mejora de los instrumentos en los próximos años . «Ambos están relacionados, por ejemplo, con los agujeros negros. En los próximos años, con la mejora de los instrumentos se van a seguir produciendo resultados muy interesantes en este campo». Años interesantes, pues.