Foto del grupo de Antares/KM3NeT del IFIC.

Nuevo paso adelante en la ‘astronomía multimensajero’. La revista The Astrophysical
Journal publica un estudio conjunto de los experimentos IceCube y ANTARES para buscar
neutrinos de origen astrofísico. Se trata de dos de los principales ‘telescopios’ del mundo
que buscan este tipo de partícula elemental, que contiene valiosa información de los
lugares del cosmos donde se producen como las cercanías de agujeros negros o en
supernovas. El estudio está liderado por Giulia Illuminati, investigadora predoctoral del
Instituto de Física Corpuscular (IFIC), centro mixto del Consejo Superior de
Investigaciones Científicas (CSIC) y la Universitat de València, centro de investigación
que lidera la participación española en ANTARES y su sucesor, KM3NeT.
La astronomía ya no observa el universo sólo mediante el espectro electromagnético
(luz, infrarrojos u ondas de radio). Los avances en la física y la tecnología permiten
utilizar otras fuentes como los neutrinos. Este tipo de partícula elemental es un
mensajero fiel que contiene valiosa información de los lugares donde se producen,
fenómenos extremos del universo como supernovas o agujeros negros. Por sus
peculiares características (no tienen carga eléctrica y apenas tienen masa), los neutrinos
viajan directamente hasta nosotros desde su origen, por lo que son una herramienta
muy útil para identificar dónde se producen estos sucesos.
Sin embargo, sus propiedades también los hacen muy difíciles de detectar. Para ello, los
experimentos que los buscan utilizan grandes volúmenes de materia, esperando que
uno de estos neutrinos de origen astrofísico interaccione dejando una señal en sus
detectores. Uno de ellos es IceCube, que despliega más de 5.000 detectores ópticos en
un kilómetro cúbico de hielo de la Antártida. Otro es ANTARES, que tiene cerca de 1.000
detectores en el fondo del mar Mediterráneo, junto a la costa francesa.
Ambos llevan más de una década tomando datos. IceCube fue el primer experimento
capaz de detectar neutrinos de muy alta energía, cuyo origen estaba fuera de nuestro
sistema solar. Además, fue el primer telescopio en observar una asociación convincente
de neutrinos astrofísicos con una fuente cósmica individual, el blazar TXS 0506+056 (un
blazar es una fuente de energía muy compacta y variable, asociada a un agujero negro en el centro de una galaxia). Sin embargo, el origen de la mayoría de los neutrinos
astrofísicos observados por IceCube sigue siendo desconocido, lo que motiva estudios
adicionales.
Aquí es donde cobra importancia el trabajo realizado por Giulia Illuminati en el grupo de
ANTARES-KM3NeT del Instituto de Física Corpuscular. La investigadora predoctoral ha
liderado hasta cinco análisis que combinan datos de IceCube y ANTARES para buscar el
origen de los neutrinos astrofísicos. “La razón para hacer esto es que los dos telescopios
se complementan gracias a sus diferentes características, en particular el mayor
volumen de IceCube y la vista privilegiada del cielo del Hemisferio Sur de ANTARES”,
explica Illuminati.
Los primeros dos análisis consistieron en la exploración completa del cielo del
Hemisferio Sur y de una región restringida alrededor del centro de nuestra galaxia,
donde se cree que hay un agujero negro supermasivo. En el tercer análisis investigaron
las posiciones de una lista de 57 objetos astrofísicos conocidos por su emisión de rayos
gamma (a la que se asocia también la producción de neutrinos). Por último, llevaron a
cabo dos búsquedas de la ubicación de dos candidatos prometedores a ser fuentes de
neutrinos: la fuente de radio Sagitario A* (asociada al agujero negro supermasivo del
centro de la Vía Láctea) y el remanente de supernova RXJ 1713.7-3946.
“Dado que los alrededores de los agujeros negros supermasivos son un sitio donde muy
probablemente se produce la aceleración de rayos cósmicos de muy alta energía, y, por
lo tanto, posibles fuentes de neutrinos cósmicos, Sagitario A*, ubicado en el centro de
nuestra galaxia, es un candidato de particular interés”, justifica Illuminati. Por su parte,
“los remanentes de supernova son los candidatos más prometedores para la aceleración
de los rayos cósmicos galácticos. Por lo tanto, el remanente de supernova RX J1713.7–
3946, que es el objeto más brillante de este tipo en el cielo observado en rayos gamma
con energías del TeV, representa un objetivo particularmente interesante para la
búsqueda de neutrinos cósmicos”, señala.
Aunque los análisis no encontraron ninguna emisión significativa de neutrinos
procedente de los lugares explorados, han servido para demostrar el potencial de
realizar búsquedas conjuntas con ambos experimentos para realizar descubrimientos
futuros. “Para descubrir una fuente de neutrinos en el área del centro galáctico sólo
necesitaríamos observar la mitad del flujo de neutrinos en comparación con lo que cada
experimento debe observar por separado”, asegura la investigadora del IFIC. Esto
supone duplicar la sensibilidad de ambos experimentos de forma conjunta. Con la
puesta en marcha de KM3NeT, que desplegará más de 10.000 sensores en varios sitios
del Mediterráneo y cuyas primeras líneas se han instalado y están tomando datos, y la
próxima mejora de IceCube, el potencial de los análisis conjuntos parece claro.

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