Detectado el origen de las part¨ªculas fantasma que bombardean la Tierra

Hace 4.000 millones de a?os se cre¨® una part¨ªcula elemental sin carga ni apenas masa. Era inmune a las interacciones electromagn¨¦ticas con el resto de part¨ªculas y tambi¨¦n a la gravedad, as¨ª que desde entonces viaj¨® por el universo en l¨ªnea recta atravesando galaxias, estrellas, planetas y cualquier otra cosa que se le pusiese por delante.

El 22 de septiembre de 2017, en el Polo Sur, a m¨¢s de un kil¨®metro bajo el hielo de la Ant¨¢rtida, saltaron las alarmas en el detector IceCube. Este coloso de la ciencia caza m¨¢s de 200 neutrinos al d¨ªa, pero este era ¨²nico porque ten¨ªa una energ¨ªa muchas veces superior a la del resto de neutrinos, lo que indicaba su lejana procedencia. Gracias a esta part¨ªcula, cuya detecci¨®n se ha anunciado hoy en dos art¨ªculos publicados en Science, se ha conseguido resolver un enigma cosmol¨®gico de m¨¢s de 100 a?os: ?De d¨®nde vienen los rayos c¨®smicos, las emisiones de part¨ªculas m¨¢s potentes que se conocen?

En 1912, Victor Hess descubri¨® los rayos c¨®smicos durante un ascenso en globo armado con un electroscopio. Estas emanaciones est¨¢n hechas de protones y n¨²cleos at¨®micos acelerados a alt¨ªsimas energ¨ªas. Desde entonces se ha intentado encontrar su origen, algo muy complicado porque los protones tienen carga positiva y su trayectoria por el universo se desv¨ªa cada vez que encuentran un campo magn¨¦tico con lo que es muy dif¨ªcil identificar su fuente original. La teor¨ªa predice que los rayos c¨®smicos tambi¨¦n contienen neutrinos, cuya falta de carga y ligereza les hacen viajar en l¨ªnea recta desde su origen durante miles de millones de a?os. CAda segundo billones de neutrinos atraviesan nuestro cuerpo sin causar el menor efecto, pues rara vez interact¨²an con la materia. La inmensa mayor¨ªa de ellos provienen del Sol. Desde que se comenzaron a estudiar estas part¨ªculas, solo se han identificado un reducido n¨²mero que provienen de fuera del Sistema Solar ¡ªa los dos m¨¢s c¨¦lebres se les apoda Epi y Blas¡ª y hasta ahora no se hab¨ªa identificado su origen exacto.

El IceCube de la Ant¨¢rtida es un bloque de un kil¨®metro cuadrado que contiene unos 5.000 detectores engastados en el hielo. Cuando un neutrino interact¨²a con un ¨¢tomo de hidr¨®geno u ox¨ªgeno dentro de un detector se produce un destello de luz que desvela la trayectoria exacta de la part¨ªcula fantasma. Gracias a este experimento financiado por la Fundaci¨®n Nacional de Ciencia de EE UU y con un coste total de 279 millones de d¨®lares se ha podido identificar por primera vez el origen de un neutrino originado fuera de nuestra galaxia.

Seg¨²n los dos estudios publicados hoy esta part¨ªcula ven¨ªa de un blazar, una galaxia en espiral con un agujero negro masivo en su centro que gira a gran velocidad. La galaxia, llamada TXS 0506+065, est¨¢ a unos 4.000 millones de a?os luz en la constelaci¨®n de Ori¨®n. Este cuerpo no emite luz en el espectro visible, pero dos instrumentos, el telescopio espacial Fermi de la NASA y los telescopios MAGIC en la isla de la Palma, en Canarias, han observado potentes emisiones de rayos gamma justo despu¨¦s de que IceCube detectara al viajero interestelar, lo que reafirma que el origen de esta part¨ªcula es el blazar. Los blazares escupen dos potentes rayos de part¨ªculas en direcciones opuestas. Uno de esos haces est¨¢ justo orientado hacia la Tierra, lo que ha permitido detectar la part¨ªcula que ha desvelado su posici¨®n. La ¨²nica forma de producir neutrinos como este es acelerando protones lo que a su vez favorece que los piones, otra part¨ªcula elemental, se descompongan formando neutrinos, por lo que los responsables del hallazgo creen que, por primera vez, han identificado la fuente de los rayos c¨®smicos que bombardean la Tierra y que fueron descubiertos por Hess hace m¨¢s de un siglo.

Hasta ahora se pensaba que solo los objetos m¨¢s violentos del cosmos, como las estrellas que implosionan en supernovas, las galaxias que colisionan o los n¨²cleos activos de galaxias, eran capaces de producir rayos c¨®smicos y los blazares no eran uno de los candidatos predilectos. El estudio de hoy muestra que la energ¨ªa del neutrino captado en el polo sur era de 300 teraelectronvoltios, unas 20 veces m¨¢s que el LHC, el acelerador de part¨ªculas m¨¢s potente del mundo. Los estudios publicados hoy cambian las hip¨®tesis iniciales y desvelan que el blazar TXS 0506+065 es uno de los objetos m¨¢s luminosos del universo conocido, aunque emita luz en una longitud de onda fuera del espectro visible. Tras la primera detecci¨®n los responsables de IceCube han identificado m¨¢s de una docena de neutrinos detectados entrefinales de 2014 y principios de 2015 que tambi¨¦n vendr¨ªan de este blazar. En total, m¨¢s de 20 observatorios astron¨®micos han participado en el hallazgo.

Lo m¨¢s importante del hallazgo es que confirma que la astronom¨ªa de neutrinos es capaz de estudiar agujeros negros y otros cuerpos que hasta hace muy poco eran totalmente invisibles para los instrumentos convencionales. En esto las part¨ªculas fantasma, tan esquivas y dif¨ªciles de cazar, se parecen a las ondas gravitacionales, pues desvelan qu¨¦ sucede en los confines m¨¢s oscuros y violentos del universo.