Astrônomos utilizando uma gigantesca rede de sensores, ainda em construção no fundo do Mar Mediterrâneo, encontraram a partícula “fantasma” cósmica de maior energia já detectada.
O neutrino, como a partícula é formalmente conhecida, é 30 vezes mais energético que qualquer uma das poucas centenas de neutrinos detectados anteriormente. Essas minúsculas partículas de alta energia provenientes do espaço são frequentemente chamadas de “fantasmagóricas” porque são extremamente voláteis, ou vaporosas, e podem atravessar qualquer tipo de matéria sem alteração.
Os neutrinos, que chegam à Terra das profundezas do cosmos, têm quase nenhuma massa. As partículas viajam através dos ambientes mais extremos, incluindo estrelas, planetas e galáxias inteiras, e ainda assim sua estrutura permanece intacta.
Uma análise do neutrino, realizada pela Colaboração KM3NeT, que inclui mais de 360 cientistas de todo o mundo, foi publicada na quarta-feira (12) na revista Nature.
“Os neutrinos… são mensageiros cósmicos especiais, trazendo-nos informações únicas sobre os mecanismos envolvidos nos fenômenos mais energéticos e permitindo-nos explorar os confins mais distantes do Universo”, disse a coautora do estudo Rosa Coniglione, vice-porta-voz do KM3NeT e pesquisadora do Instituto Nacional de Física Nuclear da Itália (INFN), em um comunicado.
O neutrino recordista, denominado KM3-230213A, tinha a energia de 220 milhões de bilhões de elétron-volts. Essa quantidade surpreendente o torna cerca de 30.000 vezes mais poderoso do que o que o acelerador de partículas Large Hadron Collider da Organização Europeia para Pesquisa Nuclear (CERN), próximo a Genebra, Suíça — conhecido por supercarregar partículas a quase a velocidade da luz — é capaz de produzir, segundo os autores do estudo.
“Uma forma que gosto de pensar sobre isso é que a energia deste único neutrino é equivalente à energia liberada pela fissão não de um átomo de urânio, ou dez desses átomos, ou mesmo um milhão deles”, disse o coautor do estudo Brad K. Gibson em um e-mail. “Este pequeno neutrino tinha tanta energia quanto a energia liberada pela fissão de um bilhão de átomos de urânio… um número impressionante quando comparamos as energias de nossos reatores de fissão nuclear com este único neutrino etéreo.”
A partícula fornece algumas das primeiras evidências de que neutrinos tão energéticos podem ser criados no universo. A equipe acredita que o neutrino veio de além da Via Láctea, mas ainda não identificou seu ponto exato de origem, o que levanta a questão sobre o que criou o neutrino e o enviou voando através do cosmos em primeiro lugar – talvez um ambiente extremo como um buraco negro supermassivo, explosão de raios gama ou remanescente de supernova.
A detecção inovadora está abrindo um novo capítulo da astronomia de neutrinos, bem como uma nova janela observacional para o universo, disse o coautor do estudo Paschal Coyle, porta-voz do KM3NeT e pesquisador do Centro Nacional de Pesquisa Científica — Centro de Física de Partículas de Marselha, na França.
“O KM3NeT começou a explorar uma faixa de energia e sensibilidade onde os neutrinos detectados podem se originar de fenômenos astrofísicos extremos”, disse Coyle.
Os neutrinos são difíceis de detectar porque não interagem frequentemente com seu ambiente — mas interagem com gelo e água. Quando os neutrinos interagem diretamente com os detectores, eles irradiam uma luz azulada que pode ser captada por uma rede próxima de sensores ópticos digitais incorporados no gelo ou flutuando na água.
Por exemplo, o Observatório de Neutrinos IceCube no Polo Sul inclui uma grade de mais de 5.000 sensores incorporados no gelo antártico. O detector está em operação desde 2011 e descobriu centenas de neutrinos. Os cientistas conseguiram rastrear alguns deles até suas fontes cósmicas, como um blazar ou o núcleo brilhante de uma galáxia ativa.
Uma equipe internacional concebeu a ideia de uma rede de detectores no início dos anos 2010 — conhecida como Telescópio de Neutrinos do Quilômetro Cúbico, ou KM3NeT — que poderia ser capaz de detectar neutrinos no oceano profundo. A instalação da rede começou em 2015. O KM3NeT realizou a detecção recorde em 13 de fevereiro de 2023, quando a partícula iluminou um de seus dois detectores. O ARCA, ou Pesquisa de Astropartículas com Raios Cósmicos no Abismo, repousa a uma profundidade de 3.450 metros, enquanto o ORCA, ou Pesquisa de Oscilação com Raios Cósmicos no Abismo, está a uma profundidade de 2.450 metros no fundo do Mar Mediterrâneo.
O detector ARCA, localizado próximo à costa siciliana perto de Capo Passero, Itália, foi projetado para detectar neutrinos de alta energia, enquanto o ORCA, próximo a Toulon no sudeste da França, é dedicado à busca por neutrinos de baixa energia. O KM3NeT, que inclui uma rede de sensores ancorados no fundo do mar, ainda está em construção. Mas havia detectores suficientes instalados para captar o neutrino de alta energia, segundo os autores do estudo.
O detector ARCA estava operando com apenas 10% de seus componentes planejados quando a partícula traçou um caminho quase horizontal através de todo o telescópio, acionando sinais em mais de um terço dos sensores ativos. O detector registrou mais de 28.000 fótons de luz produzidos pela partícula carregada.
Se a energia contida no neutrino fosse convertida para nossa compreensão de objetos cotidianos, equivaleria a 0,04 joules, ou a energia de uma bola de ping-pong derrubada de uma altura de 1 metro, disse o coautor do estudo Aart Heijboer, coordenador de física do KM3NeT e professor do Instituto Nacional Holandês de Física Subatômica, ou NIKHEF, e da Universidade de Amsterdã, nos Países Baixos.
“Então não é uma grande quantidade de energia para objetos cotidianos, mas o fato de que tal analogia com o mundo cotidiano é sequer possível é notável em si mesmo. Toda essa energia estava contida em uma única partícula elementar”, disse Heijboer por e-mail.
Em escala de partículas, o neutrino foi considerado ultraenergético, com aproximadamente 1 bilhão de vezes 100 milhões de vezes a energia dos fótons de luz visível, segundo os autores do estudo.
A detecção de neutrinos na Terra permite que os pesquisadores rastreiem suas fontes. Compreender de onde essas partículas vêm poderia revelar mais sobre a origem dos misteriosos raios cósmicos, há muito considerados a principal fonte de neutrinos quando os raios atingem a atmosfera terrestre.
As partículas mais energéticas do universo, os raios cósmicos bombardeiam a Terra do espaço. Esses raios são compostos principalmente de prótons ou núcleos atômicos, e são liberados por todo o universo porque o que os produz é um acelerador de partículas tão poderoso que ofusca as capacidades do Grande Colisor de Hádrons.
Os pesquisadores acreditam que algo poderoso liberou o neutrino recém-descoberto, como uma explosão de raios gama ou a interação de raios cósmicos com fótons da radiação cósmica de fundo em micro-ondas, que é a radiação remanescente do big bang há 13,8 bilhões de anos.
Durante o estudo, os autores também identificaram 12 possíveis blazares que podem ser responsáveis pela criação do neutrino. Os blazares são compatíveis com a direção estimada que a partícula percorreu, com base em dados coletados pelos detectores e dados cruzados de telescópios de raios gama, raios X e rádio. Mas mais pesquisas são necessárias.
“Muitas detecções de neutrinos cósmicos falham em mostrar fortes correlações com objetos catalogados, talvez indicando populações de fontes muito distantes da Terra, ou sugerindo um tipo ainda não descoberto de objeto astrofísico”, disse Erik K. Blaufuss, cientista pesquisador e astrofísico de partículas do departamento de física da Universidade de Maryland, College Park, em um artigo que acompanha o estudo. Blaufuss não esteve envolvido no estudo.
“Embora uma compreensão completa das origens deste evento leve tempo, continua sendo uma extraordinária mensagem de boas-vindas para o KM3NeT”, disse ele.
Cientistas se preparam para reiniciar acelerador de partículas em busca de “matéria escura”
Este conteúdo foi originalmente publicado em Cientistas acham “partícula fantasma” com energia recorde no Mediterrâneo no site CNN Brasil.
