Em algum lugar nas profundezas da Via Láctea, algo se agita. Forças poderosas lançam partículas carregadas em um frenesi energético de raios cósmicos, lançando-as a velocidades próximas da velocidade da luz.
Podemos finalmente estar perto de definir suas origens.
Uma reanálise de 10 anos de dados coletados pelo Observatório de Neutrinos IceCube na Antártida retornou a evidência mais sólida até o momento de emissões de neutrinos do centro de nossa galáxia que apontam para fontes de raios cósmicos há muito procuradas.
“A confirmação da existência desse sinal há muito procurado abre caminho para o futuro da física de astropartículas em nossa galáxia”, escreve o físico Luigi Antonio Fusco, da Università degli Studi di Salerno, na Itália, em uma perspectiva sobre a descoberta publicada na Science.
Ele também nos fornece o primeiro mapa de neutrinos de nossa Via Láctea e uma nova maneira de ver nosso plano galáctico.
A pobre e velha Terra é salpicada constantemente por balas cósmicas de prótons e núcleos atômicos carregados disparados de algum lugar da Via Láctea, acelerados a velocidades insanas por campos poderosos. Rastrear muitos de volta à sua fonte está literalmente longe de ser direto.
“As partículas de raios cósmicos eletricamente carregadas não são adequadas para o estudo de fontes de raios cósmicos”, disse Lindsey Bignell, um físico experimental de partículas da Universidade Nacional Australiana que não esteve envolvido no estudo, ao ScienceAlert.
“Elas são influenciadas por campos magnéticos, então não viajam em linha reta de sua fonte até nós.”
Há uma maneira de conseguirmos seguir o rastro deles. Podemos procurar sinais de carnificina deixados pelas grossas partículas cósmicas à medida que atravessam gás e poeira no meio interestelar.
Um produto dessas colisões atômicas é o emparelhamento de um quark e um antiquark, conhecido como pion. Versões neutras desses pares de vida curta evaporam em um flash de raios gama à medida que decaem rapidamente, o que podemos ver facilmente de longe.
Capturar os fótons de alta energia forneceu um mapa aproximado de onde os raios cósmicos da galáxia poderiam nascer, embora seja difícil descartar outras fontes de raios gama, como elétrons energéticos que também se chocam contra as coisas.
Onde os píons neutros emitem raios gama quando decaem, a quebra dos píons carregados cria algo um pouco diferente – um neutrino de elétron altamente energético.
Os neutrinos brilham no limite da existência, dando a eles o estranho título de ‘partícula fantasma’. Com quase nenhuma massa e nenhuma carga para tornar sua presença conhecida, eles podem voar em um caminho reto através do Universo próximo à velocidade da luz, parando apenas quando encontram o núcleo de um átomo de frente.
Observar essas colisões aqui na Terra exige uma paciência incrível, mas instalações isoladas como o IceCube acumularam anos de observações. Há apenas um problema – os neutrinos vêm de uma variedade de outras fontes, como nossa própria atmosfera.
“Para ver os neutrinos astrofísicos do plano galáctico relatados neste estudo, os autores primeiro precisaram superar um fundo de neutrinos atmosféricos”, disse Bignell ao ScienceAlert.
“Os autores reduziram esse pano de fundo excluindo o tipo principal de neutrino atmosférico, os neutrinos de múon. Os neutrinos de múon geram trilhas retas distintas, que permitem uma fácil reconstrução da direção da partícula necessária para a astronomia de neutrinos.”
Tentativas anteriores de separar essas trilhas retas daquelas produzidas por neutrinos de origens astrofísicas tiveram dificuldade em fornecer algo próximo de ser estatisticamente significativo.
Assim, os pesquisadores da IceCube Collaboration tentaram algo um pouco diferente, entregando a tarefa de aprender as características das trilhas retas produzidas por neutrinos muon de nossa própria atmosfera e os neutrinos do tipo ‘elétron’ produzidos por colisões de raios cósmicos distantes para um computador.
“Os autores usaram o aprendizado de máquina para melhorar seus métodos de análise de dados anteriores, e isso permitiu que incluíssem 20 vezes mais eventos em seu conjunto de dados, com melhores informações direcionais”, diz Bignell.
A nova análise dos dados do IceCube identificou com sucesso uma emissão difusa de neutrinos brilhando no centro da Via Láctea com uma significância estatística de cerca de 4,5 sigma. Com alguns ajustes e um pouco mais de dados, pode até ser possível resolucionar detalhes naquele brilho, dando-nos um novo tipo de visão cósmica.
Apesar de ficar um pouco aquém do ‘5 sigma‘ que os físicos buscam para aceitar com confiança uma descoberta como confiável (bem, tão confiável quanto a ciência consegue), os resultados representam um marco no uso de neutrinos como meio de mapear nosso Universo.
Onde a luz visível já foi a única maneira de estudar os céus, a ciência moderna agora tem uma série de ferramentas à sua disposição, desde o silêncio das emissões de rádio de baixa energia até os fótons de alta energia do próprio estrondo do espaço-tempo.
Estamos prestes a ver a realidade de uma maneira totalmente nova, usando partículas que mal existem para ver coisas que antes mal imaginávamos.
Esta pesquisa foi publicada na Science.
Por Mike McRae
Publicado no ScienceAlert
