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A cerca de 47 milhões de anos-luz de onde você está, o centro de uma galáxia repleta de buracos negros chamada NGC 1068 está cuspindo correntes de partículas enigmáticas. Esses “neutrinos” também são conhecidos como as indescritíveis “partículas fantasmas” que assombram nosso universo, mas deixam poucos vestígios de sua existência.
Imediatamente após a existência, feixes desses pedaços invisíveis mergulham na expansão cósmica. Eles passam por estrelas brilhantes que podemos ver e passam por bolsões de espaço repletos de maravilhas que ainda estamos para descobrir. Eles voam e voam e voam até que, ocasionalmente, colidem com um detector nas profundezas da superfície da Terra.
A jornada dos neutrinos é perfeita. Mas os cientistas esperam pacientemente que eles cheguem.
Aninhado em cerca de 1 bilhão de toneladas de gelo, a mais de 2 quilômetros (1,24 milhas) abaixo da Antártida, fica o Observatório IceCube Neutrino. Um caçador de neutrinos, como você pode chamar. Quando qualquer neutrino transfere seu grupo para o continente gelado, IceCube está pronto.
Em um artigo publicado sexta-feira na revista Science, a equipe internacional por trás deste ambicioso experimento confirmou que encontrou evidências de 79 “emissões de neutrinos de alta energia” provenientes de onde NGC 1068 está localizada, abrindo a porta para novos – e infinitamente fascinantes — tipos de física. “Astronomia de neutrinos”, os cientistas a chamam.
Seria um ramo da astronomia que pode fazer o que os ramos existentes simplesmente não podem.
Vista frontal do Laboratório IceCube no crepúsculo, com um céu estrelado mostrando um vislumbre da Via Láctea e a luz do sol no horizonte.
Martin Wolf, IceCube/NSF
Antes de hoje, os físicos só haviam mostrado neutrinos vindos do sol; a atmosfera do nosso planeta; um mecanismo químico chamado decaimento radioativo; supernovas; e – graças ao primeiro avanço do IceCube em 2017 – um blazar, ou buraco negro supermassivo voraz apontado diretamente para a Terra. Um vazio apelidado de TXS 0506+056.
Com esta nova fonte de neutrinos, estamos entrando em uma nova era da história da partícula. De fato, de acordo com a equipe de pesquisa, é provável que os neutrinos provenientes de NGC 1068 tenham até milhões, bilhões, talvez até trilhões a quantidade de energia mantida por neutrinos enraizados no sol ou supernovas. Esses são números de cair o queixo porque, em geral, esses bits fantasmagóricos são tão poderosos, mas evasivos, que a cada segundo, trilhões e trilhões de neutrinos se movem pelo seu corpo. Você simplesmente não pode dizer.
E se você quisesse parar um neutrino em suas trilhas, você precisaria combatê-lo com um bloco de chumbo de um ano-luz de largura – embora, mesmo assim, houvesse uma chance fracionária de sucesso. Assim, o aproveitamento dessas partículas, versão do NCG 1068 ou não, poderia nos permitir penetrar em áreas do cosmos que normalmente estariam fora de alcance.
O que agora?
Este momento não é apenas massivo porque nos dá mais provas de uma partícula estranha que nem foi anunciada como existindo até 1956, mas também porque os neutrinos são como chaves para os bastidores do nosso universo.
Eles têm a capacidade de revelar fenômenos e resolver quebra-cabeças que não podemos resolver por nenhum outro meio, que é a principal razão pela qual os cientistas estão tentando desenvolver a astronomia de neutrinos em primeiro lugar.
“O universo tem várias maneiras de se comunicar conosco”, disse Denise Caldwell, da National Science Foundation e membro da equipe IceCube, a repórteres na quinta-feira. “A radiação eletromagnética, que vemos como luz das estrelas, ondas gravitacionais que abalam o tecido do espaço – e partículas elementares, como prótons, nêutrons e elétrons expelidos por fontes localizadas.
“Uma dessas partículas elementares são os neutrinos que permeiam o universo, mas infelizmente, os neutrinos são muito difíceis de detectar.”
De fato, mesmo a galáxia NGC 1068 e seu gigantesco buraco negro são tipicamente obscurecidos por um espesso véu de poeira e gás, tornando-os difíceis de analisar com telescópios e equipamentos ópticos padrão – apesar de anos de cientistas tentando perfurar sua cortina. O Telescópio Espacial James Webb da NASA pode ter uma vantagem neste caso devido aos seus olhos infravermelhos, mas os neutrinos podem ser uma maneira ainda melhor de entrar.
Espera-se que sejam geradas por trás de telas opacas que filtram nosso universo, essas partículas podem transportar informações cósmicas por trás dessas telas, percorrer grandes distâncias enquanto interagem essencialmente com nenhuma outra matéria e fornecer informações intocadas e intocadas à humanidade sobre cantos indescritíveis do espaço sideral.
“Temos muita sorte, em certo sentido, porque podemos acessar uma compreensão incrível desse objeto”, disse Elisa Resconi, da Universidade Técnica de Munique e membro da equipe IceCube, sobre o NGC 1068.
Nesta renderização artística, baseada em uma imagem real do IceCube Lab no Pólo Sul, uma fonte distante emite neutrinos que são detectados abaixo do gelo por sensores IceCube, chamados DOMs.
IceCube/NSF
Também é notável que existem muitas (muitos) mais galáxias semelhantes a NGC 1068 – categorizadas como galáxias Seyfert – do que blazars semelhantes a TXS 0506 + 056. Isso significa que a última descoberta do IceCube é, sem dúvida, um passo maior para os astrônomos de neutrinos do que o seminal do observatório.
Talvez a maior parte dos neutrinos que se difundam pelo universo esteja enraizada nos doppelgangers NGC 1068. Mas no grande esquema das coisas, há muito mais no mérito dos neutrinos do que apenas suas fontes.
Esses fantasmas, como Justin Vandenbroucke, da Universidade de Wisconsin-Madison, e um membro da equipe do IceCube colocaram, são adequados para resolver dois grandes mistérios da astronomia.
Em primeiro lugar, uma grande quantidade de galáxias em nosso universo ostentam vazios gravitacionalmente monstruosos em seus centros, buracos negros atingindo massas de milhões a bilhões de vezes maiores que a do nosso sol. E esses buracos negros, quando ativos, explodem jatos de luz de suas entranhas – emitindo iluminação suficiente para ofuscar todas as estrelas da própria galáxia. “Nós não entendemos como isso acontece”, disse Vandenbrouke simplesmente. Os neutrinos podem fornecer uma maneira de estudar as regiões ao redor dos buracos negros.
O segundo é o enigma geral, mas persistente, dos raios cósmicos.
Também não sabemos de onde vêm os raios cósmicos, mas essas cadeias de partículas atingem energias milhões de vezes mais altas do que podemos alcançar aqui na Terra com aceleradores de partículas construídos por humanos como o do CERN.
“Achamos que os neutrinos têm algum papel a desempenhar”, disse Vandenbroucke. “Algo que pode nos ajudar a responder a esses dois mistérios dos buracos negros alimentando galáxias muito brilhantes e das origens dos raios cósmicos.”
Uma década para pegar um punhado
Para ser claro, o IceCube não captura exatamente neutrinos.
Basicamente, este observatório nos diz cada vez que um neutrino interage com o gelo que o envolve. “Os neutrinos dificilmente interagem com a matéria”, enfatizou Vandenbrouke. “Mas eles interagem às vezes.”
À medida que milhões de neutrinos são lançados na região gelada onde o IceCube está instalado, pelo menos um tende a esbarrar em um átomo de gelo, que então se estilhaça e produz um flash de luz. Os sensores IceCube capturam esse flash e enviam o sinal para a superfície, notificações que são analisadas por centenas de cientistas.
Uma renderização do detector IceCube mostra a interação de um neutrino com uma molécula de gelo.
Colaboração IceCube/NSF
Dez anos de dados de flash de luz permitiram que a equipe mapeasse praticamente de onde cada neutrino parece estar vindo do céu. Logo ficou claro que havia uma região densa de emissões de neutrinos localizada exatamente onde a galáxia NGC 1068 está estacionada.
Mas mesmo com essas evidências, Resconi disse que a equipe sabia que “não é hora de abrir o champanhe, porque ainda temos uma pergunta fundamental a responder. Quantas vezes esse alinhamento aconteceu por acaso? Como podemos ter certeza de que os neutrinos são realmente vindo de tal objeto?”
Um mapa do céu da varredura de fontes pontuais no Hemisfério Norte, mostrando de onde os neutrinos parecem vir de todo o universo. O círculo de NGC 1068 também coincide com o ponto mais quente no céu do norte.
Colaboração IceCube
Então, para tornar as coisas o mais concretas possível e realmente provar que esta galáxia está cuspindo fantasmas, “geramos 500 milhões de vezes o mesmo experimento”, disse Resconi.
Sobre a qual, só posso imaginar, uma garrafa de Veuve foi finalmente estourada. Embora a caça não tenha acabado.
“Estamos apenas começando a arranhar a superfície até encontrar novas fontes de neutrinos”, disse Ignacio Taboada, do Instituto de Tecnologia da Geórgia e membro da equipe do IceCube. “Deve haver muitas outras fontes muito mais profundas do que NGC 1068, escondidas em algum lugar para serem encontradas.”
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