Descubren gracias al GTC el origen del neutrino detectado en el 'Cubo de Hielo' en el Polo Sur

Existe un tipo de galaxias que se denominan activas (AGN) de las que, además de la luz de las estrellas que las componen, recibimos radiación en todas las frecuencias del espectro (desde ondas de radio hasta rayos gamma, pasando, por supuesto, por la luz que emiten las estrellas que las componen). Los procesos físicos que tienen lugar en el núcleo de estas galaxias son tan extremos que producen muchas otras partículas altamente energéticas, como es el caso de los neutrinos. Estas son las partículas subatómicas más abundantes en el Universo, que están en todas partes, pero son muy escurridizas. Aunque estén bombardeando constantemente la Tierra, moviéndose tan veloces como la luz, no podemos verlas ni sentirlas. Son partículas “fantasmas” porque casi nunca interaccionan con la materia y, sin embargo, son fundamentales para comprender las leyes de la naturaleza. Detectar neutrinos requiere, por lo tanto, instrumentos especiales, como el experimento IceCube, instalado en el Polo Sur, que utiliza un enorme cubo de hielo, con un tamaño de 1 km de largo, 1 km de ancho y 1 km de profundidad, como sensor para localizar estas partículas.

El 22 de septiembre de 2017, los investigadores de este particular observatorio anunciaron la detección de un neutrino extremadamente energético que procedía de un lugar externo a la Vía Láctea. La noticia se extendió rápidamente provocando una carrera para identificar la fuente responsable de esta emisión, que por la gran energía del neutrino detectado tenía que ser una galaxia activa capaz de emitir rayos gamma. El satélite FERMI y el telescopio MAGIC, instalado en el Observatorio del Roque de los Muchachos (Garafía, La Palma), fueron los primeros en activarse para buscar fuentes de este tipo de radiación dentro de la región del cielo esperada. Descubrieron que la galaxia activa TXS 0506 + 056 era la responsable de esta emisión y, por primera vez, fue posible asociar la emisión de neutrinos extragalácticos a una fuente conocida. Sin embargo, se desconocía la distancia a la que se encontraba, por lo que todavía no se podía deducir la luminosidad de la fuente, ni los procesos físicos responsables de la emisión de neutrinos.

Estructura que alberga el experimento IceCube. Superpuesta, en la zona del hielo, una representación de cómo el revelador detecta los neutrinos.

Para medirla, eran necesarias observaciones espectroscópicas con telescopios “convencionales”, pero todos los intentos fallaron porque su señal era demasiado tenue. De manera que un equipo de investigadores liderado por la astrofísica Simona Paiano, del Observatorio de Padova del INAF (Instituto Nazionale di Astrofisica) y por Riccardo Scarpa, astrónomo del GTC, decidieron observar esta fuente con el mayor telescopio óptico-infrarrojo del mundo, es decir el Gran Telescopio Canarias, en La Palma. Los resultados se han publicado recientemente en la revista The Astrophysical Journal.

“Gracias a la enorme área colectora de luz del GTC, y después de dedicar varias horas de observación, pudimos detectar los rasgos típicos de la emisión del gas de la galaxia, y con ello determinar su distancia”, explica Paiano. De esta manera, consiguieron situar a esta galaxia activa a una distancia de 6.000 millones de años luz de la Tierra. “Vimos la débil emisión del gas donde otros no vieron nada, un resultado que no habría sido posible sin la potencia del GTC y la experiencia de su personal”, añade Scarpa.

“La asociación fidedigna de una fuente como un emisor de neutrinos de energía extremadamente alta, ubicada a miles de millones de años luz de distancia, abre una nueva ventana en Astronomía para estudiar el Universo de las más altas energías y, lo más importante, utilizar un mensajero que no sea la luz”, concluye Simona Paiano.