El observatorio de neutrinos IceCube ha detectado neutrinos de alta energía del núcleo galáctico activo (AGN) en el corazón de la galaxia Messier 77. También conocida como NGC 1068, la galaxia alberga un agujero negro supermasivo y las observaciones abren una ventana a los procesos violentos que se cree que crean rayos cósmicos.
Los neutrinos son partículas escurridizas que apenas interactúan con otra materia y pueden atravesar fácilmente la Tierra. Cubo de hielo utiliza un kilómetro cúbico de hielo debajo del Polo Sur para observar colisiones extremadamente raras entre neutrinos cósmicos y moléculas de agua. Estas interacciones producen partículas cargadas que se mueven rápidamente y crean destellos de luz en el hielo llamados radiación Cherenkov. La luz es capturada por una red de más de 5000 detectores dentro del hielo, lo que permite a los físicos que trabajan en IceCube Collaboration determinar de dónde provienen los neutrinos.
IceCube anunció su primeras observaciones de neutrinos cósmicos de alta energía en 2013 y cinco años más tarde hizo la primera detección de un neutrino cósmico de alta energía de un tipo de AGN llamado blazar.
Ahora, los científicos de IceCube informan sobre su mayor cantidad de neutrinos de alta energía. Estas son 79 partículas de M77, que es una galaxia de 47 millones de luz–años de distancia Las observaciones se registraron entre mayo de 2011 y mayo de 2020 y la colaboración considera que los neutrinos surgieron del núcleo del AGN de M77, que por lo demás está oculto a nuestra vista por un espeso toroide de polvo y gas.
conexión de rayos cósmicos
Los astrofísicos creen que los 79 neutrinos de alta energía se crearon cuando las partículas cargadas, como los protones, son aceleradas a altas energías por campos magnéticos dentro del AGN. Algunas de estas partículas aceleradas escaparán del agujero negro y se convertirán en rayos cósmicos. Otros chocarán con partículas o fotones dentro del AGN para producir un puñado de mesones. Estos mesones luego se descomponen rápidamente en rayos gamma y neutrinos. En M77, los rayos gamma son atenuados por el toroide polvoriento de la galaxia, pero la mayoría de los neutrinos pasan sin obstáculos, y algunos finalmente llegan a la Tierra.
Es muy probable que la aceleración de partículas involucre los poderosos campos magnéticos retorcidos que existen dentro de un AGN. Sin embargo, no está claro dónde ocurre esta aceleración magnética. Las posibles ubicaciones incluyen el disco de acreción de materia que se arremolina en el agujero negro supermasivo o la corona brillante, que es la región muy caliente que rodea inmediatamente al agujero negro. Otra posibilidad es que la aceleración ocurra en los chorros de materia que salen disparados del AGN en direcciones perpendiculares al disco de acreción.
Frances Halzen de la Universidad de Wisconsin, Madison, que dirige la Colaboración IceCube, cuenta Mundo de la física que las observaciones revelan que los neutrinos provienen de una región del AGN llamada "capullo", esta es una región central del AGN en la que los chorros expulsan la materia y envuelven la corona.
No se detectan rayos gamma
“Los fotones [de rayos gamma] que se producen inevitablemente junto con los neutrinos pierden energía en el núcleo denso y emergen a energías más bajas”, explica. "Esto se ve subrayado por el hecho de que el satélite Fermi [de rayos gamma] de la NASA no detecta la fuente en el rango de energía de los neutrinos detectados".
La opinión convencional es que la mayoría de las partículas y la radiación emitidas por un AGN se originan en el disco de acreción caliente, sin embargo, han ido creciendo las dudas sobre la veracidad de este modelo térmico de emisión. andy lorenzo de la Universidad de Edimburgo señala que algunos AGN tienen un brillo variable y estas fluctuaciones ocurren demasiado rápido para asociarlas con cambios en el disco de acreción. Lawrence, que no está involucrado en la colaboración de IceCube, agrega: "Puede ser que una teoría del disco más sofisticada más la emisión no térmica que la acompaña en la corona del disco o el chorro podría ser el truco".
De hecho, esta última observación de IceCube parece respaldar la idea de que la aceleración de partículas se produce en la corona del AGN y no en el disco de acreción.
Próxima generación
Aunque el misterio de cómo se aceleran las partículas en un AGN no puede resolverse con estos 79 neutrinos, y la actualización del detector llamado IceCube Generación 2 debe completarse para 2033.
IceCube identifica cuatro galaxias como posibles fuentes de rayos cósmicos
Halzen dice que la Generación 2 ha sido diseñada para estudiar fuentes de neutrinos como los AGN. “El detector tendrá más de ocho veces el volumen de IceCube y, lo que es más importante, también tendrá una mejor resolución angular. La combinación de los dos permitirá detecciones con un año de datos en lugar de una década como es el caso ahora”.
Messier 77 es una galaxia bien estudiada por astrónomos aficionados y profesionales por igual. Por lo tanto, comprender cómo produce neutrinos de alta energía podría permitir que M77 se convierta en una piedra de Rosetta para comprender otras galaxias activas.
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