Neutrinos indescritíveis revelam um retrato de nossa galáxia diferente de qualquer outro – ScienceDaily

A descoberta foi alcançada por uma colaboração de pesquisadores usando o Observatório IceCube Neutrino, apoiado pela Fundação Nacional de Ciências dos EUA, na Estação Pólo Sul Amundsen-Scott da NSF, na Antártica. O imenso observatório detecta os sinais sutis de neutrinos de alta energia do espaço usando milhares de sensores em rede enterrados no fundo de um quilômetro cúbico de gelo puro e cristalino. Os resultados foram revelados em um evento hoje na Drexel University e serão publicados amanhã na revista Ciência.

“Lembro-me de dizer: ‘Neste ponto da história humana, somos os primeiros a ver nossa galáxia em algo que não seja luz'”, diz a física da Universidade Drexel Naoko Kurahashi Neilson sobre o momento em que ela e dois estudantes de doutorado, Steve Sclafani com Drexel e Mirco Hünnefeld, da TU Dortmund University, na Alemanha, examinaram a imagem pela primeira vez. Kurahashi Neilson propôs a análise computacional inovadora usada para gerar a imagem e recebeu financiamento para prosseguir com sua ideia por meio de uma bolsa do programa de desenvolvimento de carreira inicial do corpo docente da NSF.

“Como costuma acontecer, avanços significativos na ciência são possibilitados pelos avanços da tecnologia”, diz Denise Caldwell, diretora da Divisão de Física da NSF. “Os recursos fornecidos pelo detector IceCube altamente sensível, juntamente com novas ferramentas de análise de dados, nos deram uma visão totalmente nova de nossa galáxia – uma visão que só havia sido sugerida antes. À medida que esses recursos continuam a ser refinados, podemos olhar Estou ansioso para ver esta imagem emergir com resolução cada vez maior, potencialmente revelando características ocultas de nossa galáxia nunca antes vistas pela humanidade.”

“O que é intrigante é que, ao contrário do caso da luz de qualquer comprimento de onda, nos neutrinos, o universo supera as fontes próximas em nossa própria galáxia”, diz Francis Halzen, físico da Universidade de Wisconsin-Madison e investigador principal do IceCube.

Além do desafio assustador de apenas detectar neutrinos notoriamente esquivos (e distingui-los de outros tipos de partículas interestelares) está o objetivo ainda mais ambicioso de determinar de onde eles vieram. Quando os neutrinos interagem com o gelo abaixo do IceCube, esses raros encontros produzem padrões fracos de luz, que o IceCube pode detectar. Alguns padrões de luz são altamente direcionais e apontam claramente para uma área específica do céu, permitindo que os pesquisadores determinem a origem dos neutrinos. Essas interações foram a base para a descoberta em 2022 da IceCube Collaboration de neutrinos que vieram de outra galáxia a 47 milhões de anos-luz de distância.

Outras interações são muito menos direcionais e produzem “bolas de luz” em cascata no gelo claro, diz Kurahashi Neilson. Seus colegas membros da Colaboração IceCube, Sclafani e Hünnefeld, desenvolveram um algoritmo de aprendizado de máquina que comparou a posição relativa, tamanho e energia de mais de 60.000 cascatas de luz geradas por neutrinos registradas pelo IceCube ao longo de 10 anos.

Os três pesquisadores passaram mais de dois anos testando meticulosamente e verificando seu algoritmo usando dados artificiais simulando detecções de neutrinos. Quando eles finalmente alimentaram o algoritmo com os dados reais fornecidos pelo IceCube, o que surgiu foi uma imagem mostrando pontos brilhantes correspondentes a locais na Via Láctea suspeitos de emitir neutrinos. Esses locais estavam em locais onde se pensava que os raios gama observados eram subprodutos de colisões entre raios cósmicos e gás interestelar, que teoricamente também deveriam produzir neutrinos.

“Uma contraparte de neutrino foi medida, confirmando assim o que sabemos sobre nossas fontes de raios cósmicos e galáxias”, diz Sclafani.

Ao longo de muitas décadas, os cientistas revelaram inúmeras descobertas astronômicas, expandindo os métodos usados ​​para observar o universo. Avanços outrora revolucionários, como a radioastronomia e a astronomia infravermelha, foram acompanhados por uma nova classe de técnicas observacionais que usam fenômenos como ondas gravitacionais e, agora, neutrinos. Kurahashi Neilson diz que a imagem baseada em neutrinos da Via Láctea é mais um passo nessa linhagem de descobertas. Ela prevê que a astronomia de neutrinos será aprimorada como os métodos que a precederam, até que também possa revelar aspectos anteriormente desconhecidos do universo.

“É por isso que fazemos o que fazemos”, diz ela. “Ver algo que ninguém jamais viu e entender coisas que não entendemos.”