As origens da alta energia neutrino foram rastreados pela primeira vez, resolvendo um importante mistério astronômico
Para entender e aprender mais energia ou matéria, o estudo das misteriosas partículas subatômicas é crucial. Os físicos olham para as partículas subatômicas - neutrinos – para obter uma maior compreensão dos diferentes eventos e processos que os originaram. Conhecemos as estrelas e particularmente o Sol estudando neutrinos. Há muito mais a ser aprendido sobre o universo e compreender como funcionam os neutrinos é o passo mais importante para qualquer cientista interessado em Física e Astronomia.
O que são neutrinos?
Os neutrinos são partículas vaporosas (e muito voláteis) quase sem massa, sem carga elétrica e que podem passar por qualquer tipo de matéria sem qualquer alteração em si mesmas. Os neutrinos podem conseguir isso resistindo a condições extremas e ambientes densos como estrelas, avião e galaxias. Uma característica importante dos neutrinos é que eles nunca interagem com a matéria ao seu redor e isso os torna muito difíceis de analisar. Além disso, eles existem em três “sabores” – elétron, tau e múon e alternam entre esses sabores quando estão oscilando. Isso é chamado de fenômeno de “mistura” e é a área de estudo mais estranha quando se conduzem experimentos com neutrinos. A característica mais forte dos neutrinos é que eles carregam informações únicas sobre sua origem exata. Isto ocorre principalmente porque os neutrinos são altamente energéticos, eles não possuem carga e, portanto, permanecem não afetados por campos magnéticos de qualquer potência. A origem dos neutrinos não é completamente conhecida. A maioria deles vem do Sol, mas um pequeno número, especialmente aqueles com altas energias, vem de regiões mais profundas do Sol. espaço. Esta é a razão pela qual a origem exata desses esquivos errantes ainda era desconhecida e eles são chamados de “partículas fantasmas”.
Origem do neutrino de alta energia traçado
Em estudos inovadores de gêmeos em astronomia publicados em Ciência, os pesquisadores rastrearam pela primeira vez a origem de um neutrino de partícula subatômica fantasmagórica que foi encontrada nas profundezas do gelo da Antártida depois de ter viajado 3.7 bilhões de anos para avião Terra1,2. Este trabalho é realizado através da colaboração de mais de 300 cientistas e 49 instituições. Neutrinos de alta energia foram detectados pelo maior detector IceCube já instalado no Pólo Sul pelo Observatório de Neutrinos IceCube nas profundezas das camadas de gelo. Para atingir o seu objectivo, foram perfurados 86 buracos no gelo, cada um com 5000 quilómetros de profundidade, e espalhados por uma rede de mais de 1 sensores de luz, cobrindo assim uma área total de 86 quilómetro cúbico. O detector IceCube, administrado pela US National Science Foundation, é um detector gigante composto por 300 cabos que são colocados em poços que se estendem até o gelo profundo. Os detectores registram a luz azul especial emitida quando um neutrino interage com um núcleo atômico. Muitos neutrinos de alta energia foram detectados, mas não foram rastreáveis até que um neutrino com uma energia de 50 trilhões de elétron-volts foi detectado com sucesso sob uma calota polar. Esta energia é quase XNUMX vezes maior que a energia dos prótons que circulam através do Large Hardon Collider, que é o acelerador de partículas mais poderoso deste planeta. avião. Uma vez feita esta detecção, um sistema em tempo real reuniu e compilou metodicamente dados, para todo o espectro eletromagnético, de laboratórios na Terra e em espaço sobre a origem deste neutrino.
O neutrino foi rastreado com sucesso até uma fonte luminosa galáxia conhecido como “blazer”. Blazer é um gigantesco elíptico ativo galáxia com dois jatos que emitem neutrinos e raios gama. Tem um distintivo supermassivo e girando rapidamente buraco negro no seu centro e no galáxia move-se em direção à Terra em torno da velocidade da luz. Um dos jatos do blazer é de um caráter extremamente brilhante e aponta diretamente para a terra dando isso galáxia seu nome. O blazer galáxia está localizado à esquerda da constelação de Orion e esta distância é de cerca de 4 bilhões de anos-luz da Terra. Tanto neutrinos quanto raios gama foram detectados pelo observatório e também por um total de 20 telescópios na Terra e em espaço. Este primeiro estudo1 mostrou a detecção de neutrinos e um segundo estudo subsequente2 mostrou que o blazer galáxia havia produzido esses neutrinos anteriormente, também em 2014 e 2015. O blazer é definitivamente uma fonte de neutrinos extremamente energéticos e, portanto, também de raios cósmicos.
Descoberta inovadora em astronomia
A descoberta destes neutrinos é um grande sucesso e pode permitir o estudo e observação do universo de uma forma incomparável. Os cientistas afirmam que esta descoberta pode ajudá-los a rastrear, pela primeira vez, as origens dos misteriosos raios cósmicos. Esses raios são fragmentos de átomos que descem para a Terra vindos de fora do sistema solar, brilhando na velocidade da luz. Eles são responsabilizados por causar problemas aos satélites, sistemas de comunicações, etc. Ao contrário dos neutrinos, os raios cósmicos são partículas carregadas, portanto os campos magnéticos continuam a afectar e a mudar o seu caminho e isto torna impossível rastrear as suas origens. Os raios cósmicos têm sido objeto de pesquisa em astronomia há muito tempo e, embora tenham sido descobertos em 1912, os raios cósmicos permanecem um grande mistério.
No futuro, um observatório de neutrinos em maior escala usando infraestrutura semelhante à usada neste estudo poderá obter resultados mais rápidos e mais detecções poderão ser feitas para desvendar novas fontes de neutrinos. Este estudo feito registrando múltiplas observações e tomando conhecimento de dados em todo o espectro eletromagnético é crucial para aprofundar nossa compreensão do universo os mecanismos da física que o governam. É uma excelente ilustração da astronomia “multimensageira”, que utiliza pelo menos dois tipos diferentes de sinais para examinar o cosmos, tornando-a mais poderosa e precisa para tornar possíveis tais descobertas. Esta abordagem ajudou a descobrir a colisão de estrelas de nêutrons e também ondas gravitacionais no passado recente. Cada um desses mensageiros nos fornece novos conhecimentos sobre o universo e eventos poderosos na atmosfera. Além disso, pode ajudar a compreender mais sobre os eventos extremos que ocorreram há milhões de anos, preparando estas partículas para fazerem a sua viagem até à Terra.
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{Você pode ler o artigo de pesquisa original clicando no link DOI fornecido abaixo na lista de fontes citadas}
Fontes)
1. The IceCube Collaboration et al. 2018. Observações de multimensageiro de um blazar flamejante coincidente com o neutrino de alta energia IceCube-170922A. Ciência. 361 (6398). https://doi.org/10.1126/science.aat1378
2. The IceCube Collaboration et al. 2018. Emissão de neutrino da direção do blazar TXS 0506 + 056 antes do alerta IceCube-170922A. Ciência. 361 (6398). https://doi.org/10.1126/science.aat2890
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