Los neutrinos ofrecen una nueva vista de la Vía Láctea.

Los científicos han realizado la primera imagen de la Vía Láctea utilizando neutrinos.

Las partículas subatómicas extremadamente livianas no tienen carga eléctrica y pasan fácilmente a través de gas, polvo e incluso estrellas en su camino desde los lugares donde se originan hasta los detectores aquí en la Tierra. Los neutrinos de alta energía atraviesan el cosmos, pero su origen generalmente es un misterio.

Ahora, combinando inteligencia artificial y datos recopilados durante una década con el detector IceCube en la Antártida, los investigadores han encontrado la primera evidencia de neutrinos de alta energía que se originaron dentro de la Vía Láctea y mapearon las partículas en una imagen del plano de la galaxia. Es la primera vez que nuestra galaxia se ha imaginado con algo que no sea luz.

El mapa incluye sugerencias de fuentes específicas de neutrinos de alta energía dentro de la Vía Láctea que podrían ser los restos de explosiones estelares de supernovas pasadas, los núcleos de estrellas supergigantes colapsadas u otros objetos aún no identificados, informa el equipo en la revista Science del 30 de junio. Pero se necesita más investigación para seleccionar claramente ese tipo de características de los datos.

Anteriormente, solo se ha rastreado algunos neutrinos de alta energía hasta sus posibles lugares de origen, todos fuera de la Vía Láctea. Esto incluye dos que parecían venir de agujeros negros que destrozan a sus estrellas compañeras y otros de una galaxia altamente activa conocida como un blázar (SN: 5/16/22, SN: 7/12/18).

"Hoy en día, vemos de manera bastante inequívoca neutrinos del espacio galáctico y extragaláctico", dice la física Kate Scholberg de la Universidad Duke, quien no estuvo involucrada en la investigación. "Hay mucho más por aprender, y puede ser tremendamente divertido descubrir cómo ver el universo con ojos de neutrinos".

La astronomía de neutrinos podría permitirnos ver objetos distantes de una manera que ningún otro telescopio puede igualar. Esto se debe a que los neutrinos pueden cruzar enormes distancias en el espacio sin ser absorbidos ni desviados. Los rayos X, los rayos gamma, la luz óptica y las partículas cargadas que componen los rayos cósmicos, por otro lado, pueden ser desviados o absorbidos en el camino, lo que puede oscurecer sus orígenes.

Para la física Naoko Kurahashi Neilson de la Universidad Drexel en Filadelfia, el mapa que ella y su equipo produjeron es la última contribución a un cambio en la ciencia de los neutrinos. En el pasado, los observatorios de neutrinos como IceCube no han proporcionado las vistas del cielo que ofrecen los telescopios que dependen de la luz óptica, los rayos X o los rayos gamma.

"Cuando me uní por primera vez a IceCube", dice Kurahashi Neilson, "solía usar comillas" al usar la frase astronomía de neutrinos. "Ya no hago eso... Ya no tengo que hacerlo porque estamos comenzando a resolver cosas" en imágenes de neutrinos que se asemejan a las imágenes astronómicas de otros telescopios.

En estas tres vistas, la Vía Láctea se ve en luz visible (arriba), en rayos gamma (en el medio) y en neutrinos de alta energía (abajo). Este primer mapa basado en partículas se basa en datos recolectados con el enorme detector IceCube incrustado en el hielo antártico. El polvo oscurece partes del mapa de luz visible, y los rayos gamma pueden provenir de una variedad de fuentes. Los neutrinos tienen el potencial de señalar las ubicaciones donde los rayos cósmicos de alta energía que provienen de restos de supernovas, los núcleos de gigantes estelares colapsados y otras fuentes aún no identificadas interactúan con el polvo en la galaxia, creando los neutrinos.

La desventaja de los neutrinos es que son extremadamente difíciles de detectar. El experimento IceCube es enorme en parte para superar ese desafío. Consiste en 5,160 sensores en una matriz cúbica de un kilómetro de lado incrustada en el hielo antártico. El tamaño grande del experimento aumenta las posibilidades de ver una pequeña fracción de los neutrinos que vuelan a través del espacio desde la Vía Láctea y otros lugares del cosmos.

De los aproximadamente 100,000 neutrinos que los científicos de IceCube observan cada año, algunos dejan largas trazas en el detector que potencialmente indican de dónde provienen los neutrinos. Sin embargo, muchas de las señales de neutrinos en IceCube son conocidas como eventos de cascada. Producen ráfagas de luz en el detector, pero no revelan los orígenes de los neutrinos tan bien como lo hacen las trazas.

"Estos son datos que solíamos desechar en términos de astronomía", dice Kurahashi Neilson. Aún hay información que indica de dónde provienen los neutrinos en los datos. Pero es difícil identificar las cascadas prometedoras entre los cientos de miles de eventos de fondo sin sentido que ha recopilado IceCube.

Kurahashi Neilson decidió aceptar el desafío de examinar una década de datos de cascada de IceCube con la ayuda de un sistema de inteligencia artificial conocido como red neuronal. "Puedes entrenar las redes neuronales para identificar qué eventos valen la pena conservar... [y] qué eventos se parecen más a los de fondo", dice Kurahashi Neilson.

It’s an approach Kurahashi Neilson pioneered in 2017 and steadily improved until she and her colleagues were able to identify the neutrinos used in the new map.

“It’s an impressive analysis and the techniques may well not yet be pushed to their limits,” Scholberg says. “Clearly a lot more work needs to be done, but it’s very exciting to see the basic expectation [of Milky Way neutrinos] verified. This is an important step forward in understanding of the high-energy particle sky.”

Our mission is to provide accurate, engaging news of science to the public. That mission has never been more important than it is today.

As a nonprofit news organization, we cannot do it without you.

Your support enables us to keep our content free and accessible to the next generation of scientists and engineers. Invest in quality science journalism by donating today.