Uma distante galáxia em formação de estrelas, apelidada de “shadow blaster”, poderia enviar uma partícula cósmica fantasmagórica em direção à Terra.
Os astrónomos acreditam ter encontrado a origem da partícula a 11 mil milhões de anos-luz de distância, um passo em frente na compreensão do misterioso neutrino.
Os neutrinos são abundantes em todo o universo, ganhando a reputação de partículas fantasmas porque não têm carga elétrica, têm muito pouca massa e não parecem interagir com outros tipos de matéria.
Supernovas, reações nucleares interestelares e o decaimento de partículas pesadas podem produzir neutrinos. Mas revelou-se mais difícil para os astrónomos identificar exactamente de onde vêm os neutrinos quando detectores como o Observatório de Neutrinos Icecube da Antárctida alertam para a sua presença.
“Eles raramente interagem com a matéria, o que lhes permite viajar pelo Universo quase ininterruptamente,” disse o investigador Dr. Yuji Urata, da empresa de investigação astronómica MITOS Science Co.
E se a fonte é um objeto com luminosidade constante e que não queima com atividade, parece impossível zerar a fonte de neutrinos.
Mas o autor principal, Urata, e sua equipe tiveram um golpe de sorte, de acordo com o estudo publicado em 17 de junho na revista. Astronomia da Natureza.
Uma coincidência cósmica iluminou a galáxia Shadow Blaster logo após a detecção de um neutrino de alta energia na Terra, sugerindo que a actividade leva os investigadores directamente para a galáxia – e pode apontar para uma nova forma de procurar a fonte das partículas fantasmas.
Como o Shadow Blaster Galaxy ganhou seu apelido
Em 2021, o detector IceCube, que possui sensores embutidos nas profundezas do gelo da Antártida, detectou a presença de um neutrino de alta energia – o tipo que os cientistas detectam a cada dois ou três anos, disse Eric Bluffs, cientista pesquisador do Departamento de Física da Universidade de Maryland. Blaufuss não esteve envolvido no estudo.
Observou-se que o evento produtor de neutrinos, IC 210922A, estava ocorrendo em direção à constelação de Eridanus, e o observatório emitiu um alerta à comunidade astronômica. Os cientistas conduziram observações rápidas de acompanhamento em diferentes comprimentos de onda de luz para rastrear a origem da partícula.
Eles não conseguiram, no entanto, detectar quaisquer estrelas em explosão, explosões de raios gama, raios X ou componentes de luz visível que pudessem estar associados a neutrinos.
“Os neutrinos por si só nos dizem que algo poderoso aconteceu em algum lugar no céu, mas geralmente não nos dizem exatamente qual é a fonte, a que distância está ou que tipo de objeto os produziu”, escreveu Urata por e-mail. “Para responder a esta pergunta, precisamos de luz: observações de rádio, submilimétricas, infravermelhas, ópticas, raios X e raios gama.”
Dias após o alerta ter sido emitido, Urata e seus colegas juntaram-se ao Telescópio James Clark Maxwell do Observatório do Leste Asiático, bem como ao Submillimeter Array, ambos localizados perto do cume do Mauna Kea, no Havaí. Eles descobriram uma galáxia rica em formação estelar chamada JCMT0402−0424.
A galáxia tinha um trilhão de vezes o brilho do nosso Sol em luz infravermelha e estava na posição certa para potencialmente se conectar com neutrinos.
A equipe apelidou a galáxia de Shadow Blaster, porque ela está cheia de poeira, tornando-a quase invisível à luz óptica, raios X ou raios gama, disse Urata. O blaster sugere que, apesar da sua natureza oculta, a galáxia pode ser uma poderosa fonte de partículas e neutrinos de alta energia, acrescentou.
Quando os investigadores realizaram observações de acompanhamento adicionais usando o Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array no Chile, perceberam que o blaster de sombras estava localizado atrás de uma lente gravitacional.
A lente gravitacional ocorre quando uma grande galáxia no primeiro plano de uma observação amplia uma galáxia distante atrás dela, agindo como uma lupa cósmica.
“Este efeito de lente ampliou a galáxia e permitiu-nos estudar uma região oculta e compacta de formação de estrelas que de outra forma teria sido mais difícil de detectar,” disse Urata.
Densos berçários estelares em galáxias, como o do Shadow Blaster, que produz novas estrelas a uma taxa forte, podem fornecer gás, radiação e ambientes magnéticos que atuam como aceleradores de partículas para produzir neutrinos, acrescentou.
“Galáxias com formação de estrelas são galáxias que produzem muitas estrelas, algumas das quais são massivas e queimam rapidamente, explodindo em supernovas, possivelmente acelerando os raios cósmicos no processo”, disse Justin Vandenbrouck, professor de física da Universidade de Wisconsin no Wisconsin Ice Cube Particle Astrophysics Center. Ele não esteve envolvido na pesquisa.
Nos primórdios do Universo, há 10 mil milhões de anos, intensas explosões de formação estelar varreram a galáxia como sombras. As galáxias também produziram raios cósmicos, as partículas mais poderosas do universo, que podem produzir neutrinos.
Mas fazer a ligação entre os neutrinos e as galáxias com formação estelar tem sido uma tarefa difícil porque a maioria das galáxias estão distantes e obscurecidas pela poeira que contêm – um ingrediente chave na formação estelar. Ser capaz de espiar dentro do Shadow Blaster com lentes gravitacionais aliviou essa dificuldade, disse Urata.
Galáxias com formação de estrelas como a Shadow Blaster podem ser a principal fonte de neutrinos de alta energia.
“Nossa análise sugere que esta população pode contribuir com até cerca de 20% do fundo difuso de neutrinos observado medido pelo IceCube”, disse Urata.
Vandenbrouck salienta que encontrar a galáxia exata em torno de onde veio o neutrino pode ser uma coincidência acidental.
Os pesquisadores “estimam que a probabilidade de isso ser uma coincidência acidental é de cerca de 1%”, disse ele. “Mais correlações entre estes tipos de galáxias e neutrinos de alta energia precisam ser detectadas para estabelecer se são de fato fontes de neutrinos.”
Os cientistas também querem saber que condições nas galáxias com formação estelar contribuem para a produção de neutrinos.
Observatórios como o ALMA e o Telescópio Espacial James Webb estão mudando a forma como os astrônomos estudam galáxias massivas, distantes e empoeiradas, disse Urata.
“Se algumas destas galáxias também forem fontes de neutrinos, os neutrinos poderiam fornecer uma forma totalmente nova de estudar como as galáxias se formaram, geraram campos magnéticos e aceleraram os raios cósmicos quando o Universo era jovem”, acrescentou.
O estudo inspirará a busca por conexões mais profundas entre neutrinos e fontes potenciais no futuro, observou Bluffs.
Encontrar neutrinos usando lentes gravitacionais também poderia permitir estudos mais profundos de partículas fantasmas, que ainda se mostram misteriosas apesar de terem sido detectadas décadas depois.
“Os neutrinos fornecem uma espécie de super visão de raios-X, permitindo-nos estudar fenómenos que de outra forma seriam invisíveis aos telescópios, semelhante à forma como as máquinas de raios-X nos permitem ver o interior de pessoas e objetos”, disse Vandenbrouck.
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