IceCube nos da un primer vistazo a las profundidades internas de una galaxia activa

Por primera vez, un equipo internacional de científicos encontró evidencia de emisión de neutrinos de alta energía de NGC 1068, también conocida como Messier 77, una galaxia activa en la constelación de Cetus y una de las galaxias más conocidas y mejor estudiadas hasta la fecha. Visto por primera vez en 1780, esta galaxia, ubicada a 47 millones de años luz de nosotros, se puede observar con grandes binoculares. Los resultados, que se publicarán en Science, se compartieron hoy en un seminario web científico en línea que reunió a expertos, periodistas y científicos de todo el mundo.

La detección se realizó en el Observatorio de Neutrinos IceCube, apoyado por la Fundación Nacional de Ciencias (EEUU), un enorme telescopio de neutrinos que abarca mil millones de toneladas de hielo instrumentado a profundidades de 1,5 a 2,5 kilómetros por debajo de la superficie de la Antártida cerca del Polo Sur. Este telescopio único, que explora los confines más lejanos de nuestro universo utilizando neutrinos, informó la primera observación de una fuente de neutrinos astrofísicos de alta energía en 2018. La fuente, TXS 0506+056, es un blazar conocido ubicado en el hombro izquierdo del Orión. constelación y a 4 mil millones de años luz de distancia.

«Un neutrino puede identificar una fuente. Pero solo una observación con múltiples neutrinos revelará el núcleo oscurecido de los objetos cósmicos más energéticos«, dice Francis Halzen, profesor de física en la Universidad de Wisconsin-Madison e investigador principal de IceCube. Agrega: «IceCube ha acumulado unos 80 neutrinos de energía de teraelectronvoltios de NGC 1068, que aún no son suficientes para responder a todas nuestras preguntas, pero definitivamente son el próximo gran paso hacia la realización de la astronomía de neutrinos«.

A diferencia de la luz, los neutrinos pueden escapar en grandes cantidades de entornos extremadamente densos en el universo y llegar a la Tierra en gran parte sin ser perturbados por la materia y los campos electromagnéticos que impregnan el espacio extragaláctico. Aunque los científicos imaginaron la astronomía de neutrinos hace más de 60 años, la débil interacción de los neutrinos con la materia y la radiación hace que su detección sea extremadamente difícil. Los neutrinos podrían ser clave para nuestras consultas sobre el funcionamiento de los objetos más extremos del cosmos.

«Responder a estas preguntas de gran alcance sobre el universo en el que vivimos es un enfoque principal de la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU.«, dice Denise Caldwell, directora de la División de Física de la NSF.

Como es el caso de nuestra galaxia natal, la Vía Láctea, NGC 1068 es una galaxia espiral barrada, con brazos flojos y una protuberancia central relativamente pequeña. Sin embargo, a diferencia de la Vía Láctea, NGC 1068 es una galaxia activa donde la mayor parte de la radiación no es producida por las estrellas sino por el material que cae en un agujero negro millones de veces más masivo que nuestro Sol e incluso más masivo que el agujero negro inactivo en el centro. de nuestra galaxia.

NGC 1068 es una galaxia activa, un tipo Seyfert II en particular, vista desde la Tierra en un ángulo que oscurece su región central donde se encuentra el agujero negro. En una galaxia Seyfert II, un toroide de polvo nuclear oscurece la mayor parte de la radiación de alta energía producida por la densa masa de gas y partículas que lentamente giran en espiral hacia el centro de la galaxia.

«Los modelos recientes de los entornos de los agujeros negros en estos objetos sugieren que el gas, el polvo y la radiación deberían bloquear los rayos gamma que, de otro modo, acompañarían a los neutrinos«, dice Hans Niederhausen, asociado postdoctoral en la Universidad Estatal de Michigan y uno de los principales analizadores de el papel. «Esta detección de neutrinos del núcleo de NGC 1068 mejorará nuestra comprensión de los entornos alrededor de los agujeros negros supermasivos«.

NGC 1068 podría convertirse en una candela estándar para futuros telescopios de neutrinos, según Theo Glauch, asociado postdoctoral en la Universidad Técnica de Munich (TUM), en Alemania, y otro analizador principal.

«Ya es un objeto muy bien estudiado por los astrónomos, y los neutrinos nos permitirán ver esta galaxia de una manera totalmente diferente. Una nueva vista sin duda traerá nuevos conocimientos«, dice Glauch.

Estos hallazgos representan una mejora significativa con respecto a un estudio anterior sobre NGC 1068 publicado en 2020, según Ignacio Taboada, profesor de física en el Instituto de Tecnología de Georgia y portavoz de IceCube Collaboration.

«Parte de esta mejora provino de técnicas mejoradas y parte de una cuidadosa actualización de la calibración del detector«, dice Taboada. «El trabajo de los equipos de operaciones y calibraciones del detector permitió mejores reconstrucciones direccionales de neutrinos para identificar con precisión NGC 1068 y permitir esta observación. La resolución de esta fuente fue posible gracias a técnicas mejoradas y calibraciones refinadas, resultado del arduo trabajo de IceCube Collaboration«.

El análisis mejorado señala el camino hacia observatorios de neutrinos superiores que ya están en proceso.

«Es una gran noticia para el futuro de nuestro campo«, dice Marek Kowalski, colaborador de IceCube y científico principal de Deutsches Elektronen-Synchrotron, en Alemania. «Significa que con una nueva generación de detectores más sensibles habrá mucho por descubrir. El futuro observatorio IceCube-Gen2 no solo podría detectar muchos más de estos aceleradores de partículas extremas, sino que también permitiría su estudio a energías aún más altas. Es como si IceCube nos entregó un mapa de un tesoro«.

Con las mediciones de neutrinos de TXS 0506+056 y NGC 1068, IceCube está un paso más cerca de responder la pregunta centenaria sobre el origen de los rayos cósmicos. Además, estos resultados implican que puede haber muchos más objetos similares en el universo aún por identificar.

«La revelación del universo oscurecido acaba de comenzar, y los neutrinos están listos para liderar una nueva era de descubrimientos en astronomía«, dice Elisa Resconi, profesora de física en TUM y otra analista principal.

«Hace varios años, la NSF inició un ambicioso proyecto para expandir nuestra comprensión del universo al combinar capacidades establecidas en óptica y radioastronomía con nuevas habilidades para detectar y medir fenómenos como neutrinos y ondas gravitacionales«, dice Caldwell. «La identificación del Observatorio de Neutrinos IceCube de una galaxia vecina como una fuente cósmica de neutrinos es solo el comienzo de este nuevo y emocionante campo que promete información sobre el poder no descubierto de los agujeros negros masivos y otras propiedades fundamentales del universo«.

Referencias

• R. Abbasi, M. et al. «Evidence for neutrino emission from the nearby active galaxy NGC 1068». Science, 2022; 378 (6619): 538 DOI: 10.1126/science.abg3395