IceCube no detecta neutrinos en explosiones de rayos gamma

Los aceleradores de partículas más poderosos se encuentran en el espacio: algunas partículas subatómicas que llueven desde el espacio a la atmósfera terrestre tienen energías más de cien millones de veces mayores que las generadas en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), el acelerador de partículas más potente del mundo. Sin embargo, es aún un misterio cómo estas partículas llamadas ‘rayos cósmicos’ son aceleradas a esas energías. Utilizando el mayor telescopio de neutrinos del mundo, el detector IceCube en la Antártida, los científicos han investigado uno de los posibles tipos de superaceleradores cósmicos y han descubierto que probablemente no son la principal fuente de los rayos cósmicos de mayor energía. Este resultado invita a una revisión de una de las hipótesis principales sobre el origen de partículas cósmicas muy energéticas, según publica la colaboración internacional de IceCube en Nature.

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La radiación cósmica, que fue descubierta hace 100 años, es como una lluvia constante de partículas procedente del espacio exterior. Los científicos conocen su existencia, pero desconocen su origen. Las partículas de la radiación cósmica están cargadas eléctricamente y, en su viaje por el espacio, son desviadas por numerosos campos magnéticos, por lo que no se puede determinar su procedencia a partir de la dirección de la que proceden.

Los agujeros negros supermasivos situados en el centro de galaxias activas y las explosiones de rayos gamma (GRBs, por sus siglas en inglés) son prometedores candidatos a ser las fuentes de estas partículas de muy alta energía. Los científicos creen que los estallidos largos de rayos gamma proceden del colapso de una estrella muy masiva en una galaxia distante, lo que produce un agujero negro.

Partículas 'fantasma'

Este proceso genera energía suficiente para acelerar las partículas subatómicas de la radiación cósmica a las energías observadas. Sin embargo, los neutrinos deben producirse junto a estos núcleos atómicos de altas energías. Estas partículas fantasma son primos ultra-ligeros del electrón que viajan sin interactuar apenas con la materia, por lo que se necesitan detectores enormes para verlos. IceCube es el telescopio de neutrinos más preciso del mundo, y usa el hielo del Polo Sur como detector. Por debajo de la superficie del hielo, distribuidos en un kilómetro cúbico de hielo antártico, se encuentran 5000 fotomultiplicadores con los que IceCube traza las extremadamente infrecuentes colisiones entre un neutrino con un núcleo atómico.

IceCube ha investigado alrededorde 300 GRBs observados entre 2008 y 2010. Si estos estallidos de rayos gamma son las fuentes de partículas muy energéticas de la radiación cósmica, los neutrinos producidos en ellos alcanzarían la tierra directamente, ya que son eléctricamente neutros y por tanto no son desviados por campos magnéticos. Sin embargo, IceCube sorprendentemente no ha encontrado una sola señal de neutrinos que corresponda con los 300 GRBs observados.

Carlos Pobes informa desde el Polo

Carlos Pobes, investigador formado en la Universidad de Zaragoza y el CPAN que se encuentra operando el detector IceCube, explica desde su aislamiento en la base científica norteamericana Admunsen-Scott (lo que se conoce como winterover): “Los modelos que sugieren que los rayos cósmicos de más alta energía son originados en las explosiones de rayos gama (GRB) implican también la producción de neutrinos de alta energía, que IceCube debería haber detectado. Este resultado negativo implica que, o bien los GRB no son las fuentes de los rayos cósmicos de más alta energía, al menos no sus únicas fuentes, o bien que los modelos utilizados para predecir el flujo de neutrinos no son correctos. En ambos casos, es un resultado de gran interés”.

Según Pobes, "estos resultados se han obtenido con los datos de 2008 y 2010, cuando el detector estaba a medio construir, con 40 en 2008/2009 y 59 en 2009/2010 cadenas de fotomultiplicadores en lugar de las 86 que tiene actualmente. Ya se están analizando datos de las últimas fases del experimento, con lo que es de esperar que se puedan mejorar estos resultados”.

What people like about working on IceCube

Working on an international science project at the South Pole is a unique experience; we ask members of the IceCube Collaboration what their favorite aspect of working on the project is.

NSF/C.Brantmeyer

 

En IceCube participan 250 físicos de 40 institutos de 10 países.

http://www.i-cpan.es

http://www.fpa.csic.es/

Una de las hipótesis para explicar las altas energías de la radiación cósmica es que se acelera gracias a los estallidos de rayos gamma. Los físicos del telescopio polar IceCube esperaban que sus observaciones de neutrinos les ayudaran a confirmar esta idea, pero no ha sido así. Por eso creen que los modelos teóricos deberían ser revisados.

Los rayos cósmicos procedentes del espacio exterior viajan con tanta energía que, según los físicos, “solo los núcleos activos de las galaxias o los estallidos de rayos gamma pueden producirlos”, explica a SINC Nathan Whitehorn, científico del telescopio IceCube. A pesar de estas dos hipótesis, su origen sigue siendo un misterio.

Whitehorn y su equipo han intentado dilucidar de dónde proceden estos rayos cósmicos superenergéticos. Esperaban encontrar la respuesta en la Antártida, donde opera IceCube, el telescopio de neutrinos más sensible del planeta. Pero no lo han conseguido, como explican en un artículo publicado en la revista Nature.

“Determinar el origen de esta radiación es algo muy difícil por varias razones –señala el científico–, como por ejemplo, que no viaja en línea recta”. En cambio los neutrinos sí lo hacen y, según los modelos teóricos vigentes, las explosiones de rayos gamma que acelerarían la radiación cósmica también producirían neutrinos.

El resultado esperado era que, entre los años 2008 y 2010, los telescopios detectaran 10 neutrinos asociados a brotes de rayos gamma, pero no ha sido así. “No hemos detectado ninguno y esto significa que quizás hemos de revisar los modelos teóricos actuales sobre el origen de los rayos cósmicos”, afirma Whitehorn.

Los autores del estudio contemplan dos posibles explicaciones para estos sorprendentes resultados. Una es que los estallidos de rayos gamma no sean la única fuente de rayos cósmicos, “lo que desviaría nuestra atención hacia otros posibles orígenes, como los núcleos activos de galaxias”, especifica Whitehorn. Y la otra es que la producción de rayos cósmicos no esté acompañada por tantos neutrinos como se creía.

Los brotes de rayos gamma son los eventos electromagnéticos más luminosos del universo. Están asociados a grandes explosiones en galaxias muy lejanas y se ha comprobado que un estallido típico es muy corto, de unos pocos segundos, y puede generar la misma energía que el sol en un período de diez mil millones de años.

“Todavía son fenómenos misteriosos para nosotros. Necesitamos continuar con las medidas de neutrinos para llegar a entender este proceso”, explica el físico.

Necesitamos continuar con las medidas de neutrinos para llegar a entender este proceso
Midiendo neutrinos desde la estación Ice Cube

“La información que nos pueden proporcionar los neutrinos es la única ventana que tenemos para conocer los procesos astrofísicos”, afirma Whitehorn. Pero no es tarea fácil. La dificultad reside en que estas partículas atraviesan la Tierra sin interactuar con nada ni con nadie. “Se necesitan detectores enormes bajo tierra para observarlos”, explica este científico des del polo sur.

Más de cincuenta investigadores de distintas nacionalidades, España entre ellas, están instalados en la estación del polo sur de IceCube. Este telescopio está construido en las profundidades del hielo antártico por medio del despliegue de millares de sensores situados entre 1.450 y 2.450 metros bajo la superficie.

http://www.agenciasinc.es
Referencia bibliográfica:

IceCube Collaboration. “An absence of neutrinos associated with cosmic-ray acceleration in c-ray bursts”. Nature 484: 351-354. Abril de 2012. DOI:10.1038/nature11068

 

 

Related links:

Comienza el invierno en IceCube: 8 meses incomunicado en la Antártida buscando neutrinos

Neutrinos en las profundidades del Polo Sur

Datos sobre los neutrinos superlumínicos experimento IceCube

 

A little bit of history

http://icecube.wisc.edu/info/neutrinos

http://icecube.wisc.edu/
Hunting for Neutrinos

What are neutrinos, and how we are going to detect them and study them

Produced by: Orione
Director: Emanuele Angiuli
Editing: Josiane Uwantege, Silvano de Gennaro, Leonardo Gasparotto, Raffaele Rago
42 min. / 2006 / © 2006 CERN

Observatorio Pierre Auger-Rayos Cósmicos

- Cuando hablamos de luz visible, nos estamos refiriendo sólo a una pequeña parte de la luz que existe.

- La luz roja,está constituida por fotones rojos con una muy baja energía.

- La luz azul o violeta, tiene la energía más alta de toda la luz visible. Ahora, con energías un poco más baja que la de la luz visible, se halla la luz infrarroja. Más baja aún, es la energía de las ondas de radio, que también son una forma de luz.

- Luz ultravioleta, la cual no podemos ver dado que nuestros ojos no son sensibles a estos fotones.

- Rayos X, que son también luz invisible a nuestros ojos. Sin embargo, los usamos para oscultar nuestros cuerpos a través de las conocidas radiografías.

- Rayos gamma, podemos decir que se trata de un tipo de luz extremadamente energética que no aparece con mucha frecuencia en la naturaleza, pero cuando lo hace, es por que está asociada a fenómenos cósmicos de extremadísima violencia.

Aqui el ejemplo de que tan poderoso son los rayos gamma.

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