Experimentul IceCube instalat în gheaţa de la Polul Sud măsoară mai mulţi neutrini decât ar fi fost de aşteptat. Cercetătorii sunt în căutarea sursei acestor neutrini şi bănuiesc că aceasta ar putea fi legată de procesele care au loc în apropierea enormelor găuri negre din galaxiile active.

La ora actuală studiul Universului şi a structurilor şi obiectelor cosmice se realizează nu doar cu ajutorul telescoapelor tradiţionale, adică cele care măsoară radiaţia electromagnetică, sub formă de lumină, unde radio sau fotoni cu energii mai mari, precum razele X sau gamma. La acest tip de studii s-au adăugat observaţiile astronomice cu ajutorul neutrinilor şi a undelor gravitaţionale în cadrul astronomiei multi-mesager. În acest context se caută să se combine informaţiile care provin din procese diferite ca să se genereze o imagine a Universului cât se poate de completă. De subliniat faptul ca fotonii, neutrinii şi undele gravitaţionale sunt generate în procese complementare, în cadrul cărora sunt implicate interacţiuni fundamentale diferite: electromagnetică, interacţiunea nucleară slabă şi cea gravitaţională.

În acest context IceCube, Observatorul de neutrini de la Polul Sud, a observat un exces de neutrini care nu se ştie încă de unde provin. Rezultatele acestui interesant studiu efectuat de cercetători de la Penn State University  au fost publicate recent în revista Physical Review Letters.

Ce anume însă sunt neutrinii? Aceste particule care fac parte din Modelul Standard al fizicii particulelor elementare sunt implicate în procese care au de-a face cu interacţiunea nucleară slabă şi sunt de exemplu emise în dezintegrarea neutronului liber care se dezintegrează într-un proton, un electron şi un antineutrino electronic. Există trei tipuri de neutrini, care însoţesc electronii, muonii şi particulele tau. Neutrinii nu au sarcina electrică şi au o masă extrem de mică, care până la ora actuală nu a fost încă măsurată. Interacţionând extrem de slab cu materia, neutrinii se propagă în Univers în linie dreaptă de la surse până la noi – ceea ce reprezintă un mare avantaj faţă de fotoni, întrucât ne pot îndruma spre sursa de la care provin. Fotonii interacţionează cu materia pe care o întâlnesc în drumul lor şi pot fi deviaţi – direcţia  nemaifiind în acest caz cea iniţială.

Măsurătorile efecuate de IceCube arată cum că numărul de neutrini cu energii mai mici de 100 TeV (1 TeV reprezintă zece la puterea 12 electronVolt – aceasta din urmă fiind energia căpătată de un electron care străbate o diferenţă de potenţial de 1V) este mai mare decât cel aşteptat ţinând cont de măsurătorile efectuate asupra razelor gamma (fotoni cu energii mari). Sursa de la care provin aceşti neutrini este în direcţia uneia dintre cele mai strălucitoare galaxii active, NGC1068, la circa 47 milioane ani lumină faţă de noi. Care poate fi explicaţia acestui exces de neutrini? Una dintre posibilităţi este cum că atât neutrinii cât şi razale gamma iau naştere în apropierea găurii negre din centrul galaxiei NGC 1068. În jurul acestei găuri negre s-ar forma o coroană, un disc ţinut în jurul găurii negre de atracţia gravitaţională intensă. Acest disc este extrem de cald (temperaturi de circa un miliard de grade), format din plasmă, cu câmpuri magnetice intense. Neutrinii reuşesc să străbată aceasta coroană fără „peripeţii” întrucât interacţionează extrem de slab cu materia, în timp ce fotonii gamma rămân prizonieri. Aceşti fotoni interacţionează, sunt blocaţi şi dau naştere unor cascade electromagnetice ce generează o radiaţie gamma cu energii mult mai mici. Din păcate la ora actuală telescoapele de raze gamma, precum Fermi Gamma-ray Space Telescope, nu reuşesc să măsoare aceşti fotoni cu energii mai mici.

Pentru viitor există proiecte de experimente atât pentru măsurarea neutrinilor, precum KM3Net în marea Mediterană, dar şi pentru măsurarea de fotoni cu energii mai mici, pentru a verifica această ipoteză.

Astronomia multi-mesager este din ce în ce mai folosită pentru a avea o imagine a Universului cât mai completă: mai mulţi ochi văd mult mai bine ceea ce se petrece în Univers!

[Articol scris de Cătălina Curceanu, prim cercetător în domeniul fizicii particulelor elementare şi al fizicii nucleare, Laboratori Nazionali di Frascati, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Roma, Italia) şi Luminiţa Costea, profesor la Colegiului Naţional “Mihai Viteazul”, Sfântu Gheorghe]