Essa "partícula fantasma" veio de buraco negro distante que engoliu uma estrela

Por Daniele Cavalcante | 24 de Fevereiro de 2021 às 19h20
DESY Science Communication Lab

Uma equipe de pesquisadores conseguiu rastrear um neutrino de alta energia, detectado em 2019, até sua fonte — ou seja, o lugar de onde ele veio. O estudo mostrou que a partícula viajou de um buraco negro supermassivo no centro de uma galáxia localizada a 750 milhões de anos-luz da Terra. A descoberta marca a segunda vez que cientistas rastreiam uma dessas “partículas fantasmas”, além de confirmar uma hipótese descrita por físicos teóricos há muito tempo.

Neutrinos são partículas sem carga elétrica e extremamente leves, centenas de milhares de vezes mais leves que um elétron, e quase não interagem com a matéria. Para se ter uma ideia, uma parede de chumbo com um ano-luz de comprimento (ou seja, 9,5 trilhões de km) só impediria cerca de metade dos neutrinos de atravessar até o outro lado. Inclusive, eles estão por toda a parte, atravessando nosso planeta, e até mesmo nossos corpos, o tempo todo, sem sequer percebermos. É por isso que recebem a fama de “fantasmas”.

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O IceCube, na Antártica (Imagem: Reprodução/IceCube Neutrino Observatory)

Acontece que, por não interagirem com a matéria, é difícil rastrear de onde eles vieram. Não que a origem deles sejam exatamente um mistério — os cientistas sabem que estrelas, incluindo o nosso Sol, os produzem o tempo todo. Mas detectar um neutrino e rastrear sua trajetória no universo antes de chegar à Terra pode revelar muitas coisas fascinantes. Embora eles atravessem quase qualquer coisa, às vezes eles interagem sutilmente com um objeto, e se esse objeto for um detector de partículas, os pesquisadores podem “pegar” algumas informações sobre os lugares de onde ele veio.

Foi isso o que a equipe do novo estudo fez. Eles analisaram os dados de um neutrino detectado em 2019 pelo Observatório de Neutrinos IceCube, que possui um sensor localizado aproximadamente a 2.500 metros abaixo da superfície, na Antártida. Ao deixar um raro rastro no gelo, o neutrino forneceu também algumas informações valiosas que permitiram que os cientistas rastreassem sua trajetória até sua origem. O resultado mostrou que ele teria vindo do centro da galáxia 2MASX J20570298+1412165, onde um buraco negro supermassivo se alimenta ativamente de matéria ao seu redor.

Detectando evento em um buraco negro

Em 2019, uma equipe de cientistas relatou a detecção de um sinal de rádio, descoberto pelo Zwicky Transient Facility no dia 9 de abril daquele ano. O sinal veio do centro da galáxia 2MASX J20570298+1412165 e foi classificado como um evento de interrupção de maré — nome que se dá a um fenômeno astronômico que ocorre quando uma estrela se aproxima suficientemente perto de um buraco negro supermassivo, resultando em um processo de “espaguetificação”. O evento do dia 9 de abril recebeu o nome de AT2019dsg.

Até aquele momento, a detecção de rádio não estava relacionada a nenhum outro estudo, mas os teóricos teorizam que neutrinos podem vir de eventos de interrupção de marés como o AT2019dsg. Essa hipótese, no entanto, nunca havia sido confirmada, embora a Colaboração IceCube já tenha relatado uma provável associação de um neutrino de alta energia detectado por seus instrumentos a um jato relativístico de uma galáxia ativa (ou seja, jatos de intensa energia provocados por buacos negros supermassivos no centro das galáxas). Contudo, não foi possível encontrar origens semelhantes provenientes de galáxias semelhantes àquela apontada pelos pesquisadores do IceCube.

Um evento de interrupção de maré é quando uma estrela é "espaguetificada" por um buraco negro supermassivo (Imagem: Reprodução/ ESO/M. KORNMESSER)

Então, os autores do novo artigo apresentaram uma associação do neutrino detectado em 2019 com o evento AT2019dsg, que também foi descoberto em 2019. Os pesquisadores relatam que fizeram essa associação com base em uma “busca sistemática” através do Zwicky Transient Facility. A probabilidade de encontrar um evento de interrupção de marés que coincida com o neutrino por fruto do mero acaso é de 0,5%. Em outras palavras, é muito provável que o AT2019dsg seja, de fato, a origem do neutrino detectado pelo IceCube em 2019.

De acordo com Robert Stein, astrônomo alemão que liderou o novo estudo, “este trabalho é a primeira evidência observacional” de que a hipótese que relaciona neutrinos a eventos de interrupção de marés é correta. “Assumindo que a associação é genuína”, escreveram os pesquisadores, “nossas observações sugerem que eventos de interrupção de marés com fluxos ligeiramente relativísticos contribuem para o fluxo de neutrinos cósmicos”, concluíram.

Embora os pesquisadores tenham detectado apenas um neutrino que veio de um evento de interrupção da maré, a equipe de Stein afirma que houve muitos outros. “Para detectarmos pelo menos um, deve ter havido bilhões e bilhões que ele [o evento AT2019dsg] estava gerando", disse Stein. "Tivemos sorte de ver um". O resultado da pesquisa foi publicado na revista Nature Astronomy.

Fonte: Space.com

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