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Um detector no Pólo Sul registrou inicialmente 28 neutrinos de alta energia de origem extraterrestre
Foto: SVEN Lidström. ICECUBE / NSF
Do ABC

O IceCube, um laboratório localizado na Antártida, alcançou um marco de astrofísica para detectar partículas sem massa ou carga que bombardeiam constantemente a terra e que poderia revelar a origem dos raios cósmicos.

Um enorme detector enterrado no gelo antártico alcançou o primeiro sinal de neutrinos de alta energia de origem extraterrestre, um tipo de partícula subatômica de natureza extremamente tímida. A dificuldade de detecção é que eles têm quase nenhuma massa e mal interagem com a matéria, então os bilhões de neutrinos cada segundo bombardeando cada centímetro quadrado da terra não deixaram vestígios da sua passagem.

No entanto, a maioria dos neutrinos que atingem nosso planeta vem do sol ou a atmosfera, e só alguns, mais energia, têm origem nos cantos mais remotos da nossa galáxia ou ainda mais. Estas só foram detectadas em uma ocasião, em 1987, graças à explosão da supernova 1987A nas proximidades.

Esses neutrinos de alta energia são originários Galáctico ou objetos de espaço extragalácticas que emitem poderosos raios cósmicos. Quando essas fontes prótons e núcleos acelerados interagem com a luz e gás, produzem outras partículas cuja decadência emitindo neutrinos. Assim, estas partículas como testemunhas de raios cósmicos, qual o espaço transversal e cuja origem não é fácil de analisar, desde a carga elétrica de seus associados partículas que eles se afastam com campos magnéticos. Isto não acontece com os neutrinos, que sem nenhum custo podem se mover livremente e em linha reta sem que nada os desvie. Tal é a sua imunidade que neutrinos 1987A chegaram a terra três horas antes da luz da supernova.

Primeiro foram Bert e Ernie

O IceCube situa-se na estação Amundsen-Scott no Polo Sul, a partícula de detector de maior do mundo. Sempre que seus dados mostram um evento de possível interesse, as informações são transmitidas para a análise de sua sede, o centro de astrofísica de partículas IceCube de Wisconsin (WIPAC, por sua sigla em inglês) da Universidade de Wisconsin-Madison (UW-M), nos Estados Unidos. UU.

Em abril de 2012, os pesquisadores do IceCube, liderados pelo físico da Universidade de Adelaide (Austrália) M. G. Aartsen, descobriram dois eventos com energias acima de 1.000 Tera (VTE), um poder muito maior do que os neutrinos atmosféricos. Estes dois acontecimentos, chamados por Ernie e Bert, cientistas foram analisados em um estudo publicado na revista Physical Review Letters.

Das trilhas na análise anterior do IceCube, usamos métodos melhorados de análise e dados para levar um significativo passo em frente em nossa busca para o sinal de astrofísica indescritível”, diz o porta-voz de Olga Botner, com a colaboração da Universidade de Uppsala (Suécia). Assim, imediatamente pesquisadores revisto os dados acumulados pelo detector entre maio de 2010 e podem 2012, encontrando outros 26 eventos de energias acima de 30 TeV, o limite esperado para os neutrinos astrofísicos.

Uma nova era para a astronomia

Todos eles conhecem as características que os fizeram fortes candidatos para confirmar sua origem extraterrestre, muito superior à energia de neutrinos atmosféricos ou outros eventos de alta energia, tais como os múons produzido pela interação de raios cósmicos na atmosfera. A significância estatística do sinal é mais do que quatro sigmas, uma medida de confiança que, em física de partículas, concede credibilidade suficiente para ser aceito pela comunidade científica.

Os resultados preliminares foram apresentados no dia 15 de maio da astrofísica de partículas Simpósio do IceCube no UW-Madison e publicado nesta sexta-feira, novembro 22 através de um resumo que é expandido em um artigo mais extenso disponível no site da revista.

"Agora temos a sensibilidade para observar esses eventos. Depois de ver centenas de milhares de neutrinos atmosféricos, finalmente encontramos algo diferente", diz Francis Halzen, Professor de física do UW-Madison e investigador principal do IceCube. "Este é o primeiro indício de neutrinos de muito alta energia de fora do nosso sistema Solar, com as energias de um milhão de vezes maiores que o detectado em 1987 no contexto de uma supernova observada na grande nuvem de Magalhães", resume o científico. "É gratificante ver finalmente o que você tem procurado. Este é o amanhecer de uma nova era para a astronomia.

Luz de Cherenkov

O IceCube é composta de 5.160 sensores chamados módulos ópticos digitais, suspensa de arame de aço 86 incorporado em um quilômetro cúbico de gelo sob o Polo Sul. Sempre que os neutrinos interagem no gelo produzem um clarão azul minúsculo chamado Cherenkov, que é registrado pela luz de sensores.

O Observatório foi construído em sete anos, com financiamento da Fundação Nacional de Ciências (NSF) de nós. UU. e outras entidades internacionais, completando-a em dezembro de 2010. Além do UW-Madison, o consórcio conta com a participação de 250 cientistas e engenheiros de instituições dos EUA, Alemanha, Suécia, Bélgica, Suíça, Japão, Canadá, Nova Zelândia, Austrália, Reino Unido e Coreia.

O sucesso do IceCube é devido aos esforços de centenas de pessoas ao redor do mundo,” diz Botner. “Colaboradores do IceCube conseguiram acontecer, a partir da concepção e instalação em um ambiente hostil, para demonstrar a viabilidade do conceito, para a recolha de dados e análise física. Tudo isso tem exigido esforços coordenados que conduziram finalmente as observações apresentadas neste estudo”.

O IceCube é um telescópio maravilhoso e único,” diz Vladimir Papitashvili, divisão de programas polares da NSF, responsável pela gestão operacional do IceCube. “Situa-se na profundidade do manto de gelo Antártico, mas monitora todo o universo, detecção de neutrinos que atravessam a terra desde os céus do Norte, bem como o ambiente dos céus do Sul”. Seu colega Jim Whitmore a divisão física da NSF, acrescenta: “o Observatório de neutrinos IceCube abriu uma nova era na observação astrofísica de neutrinos. É o avançado no campo da astronomia, fornecendo observações que há muito tempo aguardado tanto por teóricos como os experimentalistas."

Objetivos futuros

Colaboração agora é lidar com um desafio ainda maior: como fazer uma grande contribuição à astronomia o IceCube”, diz Botner. O porta-voz do IceCube refere-se para o próximo grande objetivo para esta experiência, localizar e identificar fontes de raios cósmicos, incluindo supernovas, buracos negros, surtos de raios gama, pulsares e núcleos galácticos ativos e outros eventos extremos extragaláctico poderia ser encontrado.

Até agora não foi possível porque, apesar do fato de que os neutrinos são movidos em linha reta, relatou eventos não são suficientes para rastrear a origem das partículas. Os cientistas dependem aumentar o número de eventos. "Estamos agora trabalhando duro para melhorar a relevância de nossa observação e entender o que este sinal significa e onde vem," conclui Botner.

Descida de um dos módulos ópticos digitais (DOM) ou sensores do IceCube pelo bem de um dos fios. O IceCube tem 86 cabos de sol, espaçados verticalmente cerca de 17 metros
Foto: JIM HAUGEN, ICECUBE/NSF

Ilustração artística dos módulos ópticos digitais (DOM) ou sensores do IceCube sob o gelo da Antártida. Um total de 5.160 sensores pendurados em cabos de aço 86
Foto: JAMIE YANG, A ICECUBE COLABORAÇÃO.

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