Un detector masivo de neutrinos detecta los primeros indicios de partículas procedentes de estrellas en explosión

Cada pocos segundos, en algún lugar del universo observable, una estrella masiva colapsa Provoca una explosión de supernovaAhora podría ser el Observatorio Super Kamiokande de Japón Recoge gotas constantes de neutrinos de esos desastres.como dicen los físicos, el equivalente a unos pocos descubrimientos al año.

estos Pequeñas partículas subatómicas Estos fenómenos son clave para comprender lo que sucede dentro de una supernova: debido a que emanan del núcleo de la estrella colapsada y atraviesan el espacio, pueden proporcionar información sobre cualquier posible nueva física que ocurra en condiciones extremas.

El mes pasado Neutrino 2024 En una conferencia celebrada en Milán, Italia, Masayuki Harada, físico de la Universidad de Tokio, presentó abierto Los primeros signos de neutrinos de supernova parecen surgir del ruido de partículas que el detector Super Kamiokande recoge todos los días de otras fuentes, como los rayos cósmicos que impactan en la atmósfera y la fusión nuclear en el núcleo del sol. El resultado “sugiere que estamos empezando a notar una señal”, afirma Masayuki Nakahata, físico de la Universidad de Tokio y portavoz del experimento, comúnmente conocido como Super-K. Pero Nakahata advierte que los datos de apoyo (recopilados durante 956 días de seguimiento) siguen siendo muy débiles.

Partículas esquivas

Los neutrinos son muy difíciles de capturar. La mayor parte viaja a través del planeta como la luz viaja a través del vidrio, y Super-K captura solo una pequeña fracción de lo que pasa a través de él. Aun así, el detector tiene muchas posibilidades de captar neutrinos de supernovas, porque el universo debería estar lleno de ellos. El colapso de la estrella libera enormes cantidades de estas partículas (unas 10 veces las que captura Super K).⁵⁸), produciendo lo que los astrofísicos llaman un fondo difuso de neutrinos de supernova.

Una supernova puede iluminar la Vía Láctea en cualquier momento. Los astrónomos estarán observando

Pero hasta ahora nadie ha podido descubrir este trasfondo. Los neutrinos sólo se han observado una vez. Se ha podido rastrear de manera concluyente que se trata de una estrella colapsada. Nakahata fue uno de los investigadores que descubrió las partículas utilizando el detector Kamioka-II, predecesor del Super-K, en 1987. El descubrimiento fue posible porque la supernova se produjo en la Gran Nube de Magallanes, una galaxia enana lo suficientemente cercana como para que los neutrinos de la La estrella en explosión llegó a la tierra en grandes cantidades.

En 2018-2020, el detector Super K, un tanque que contiene 50.000 toneladas de agua pura ubicado bajo un kilómetro de roca cerca de Hida, en la isla central de Honshu, experimentó una actualización simple pero importante destinada a aumentar su capacidad para distinguir entre neutrinos de supernova y partículas. El otro.

Cuando un neutrino (o más bien su antipartícula o antineutrino) choca con un protón en el agua, ese protón puede convertirse en un par de otras partículas, un neutrón y un antielectrón. El antielectrón produce un destello de luz mientras viaja a gran velocidad a través del agua, y esta luz es capturada por sensores que recubren las paredes del tanque. Por sí solo, este destello de luz puede ser indistinguible del producido por neutrinos o antineutrinos de otras fuentes.

Pero durante el proceso de actualización, los científicos agregaron una sal a base de gadolinio al agua Super-K. Esto permite que el neutrón producido por el antineutrino que golpea el agua sea capturado por el núcleo de gadolinio, que libera un segundo destello de energía. Los físicos de Super-K buscan neutrinos de supernova mediante una secuencia rápida de dos destellos, uno producido por un antielectrón y el segundo por un neutrón capturado.

Resuelve misterios cósmicos

Nakahata dice que se necesitarán varios años para que las verdaderas señales de supernova se aclaren, porque las señales de doble destello podrían provenir de otras fuentes de neutrinos, incluidas las generadas por rayos cósmicos que golpean la atmósfera. Pero para cuando esté previsto que Super K cierre en 2029, añade, debería haber recopilado suficientes datos para hacer una afirmación sólida.

Y Una experiencia más amplia se llama Hyper KamiokandeEstá previsto que el proyecto esté terminado en 2027 y podría mejorar significativamente los resultados del proyecto Super-K. Inicialmente, HyperK se llenará con agua purificada, pero “se está probando la compatibilidad de todos los componentes del detector con gadolinio”, que podría añadirse más adelante, afirma Francesca Di Lodovico, física del King's College de Londres y portavoz del proyecto.

Un detector japonés gigante se prepara para capturar neutrinos de supernovas

Probar que todavía existen neutrinos de supernovas distantes que ocurrieron hace miles de millones de años confirmaría que los neutrinos son partículas estables y no se descomponen en otra cosa, dice Nakahata. Esto es algo que los físicos sospechan desde hace mucho tiempo pero nunca han podido demostrar de manera concluyente.

Harada dice que medir el espectro completo de las energías de los neutrinos de las supernovas también puede proporcionar pistas sobre cuántas supernovas explotaron durante diferentes épocas de la historia del universo. Además, puede revelar cuántas estrellas en colapso crearon un agujero negro, que podría detener la emisión de neutrinos, en lugar de dejar una estrella de neutrones.

Los datos de Super-K son aún demasiado débiles para afirmar que se trata de un descubrimiento, pero la perspectiva de detectar neutrinos difusos es “muy emocionante”, afirma Ignacio Taboada, físico del Instituto Tecnológico de Georgia en Atlanta y portavoz del Observatorio de Neutrinos Ice Cube. en la Antártida. “Los neutrinos proporcionarán una medida independiente de la historia de la formación de estrellas en el universo”.