Nuevos hallazgos sobre neutrinos: límites más estrictos sobre sus orígenes cósmicos

Los orígenes de partículas extremadamente energéticas que llenan el universo, como protones, electrones y neutrinos, siguen siendo uno de los mayores misterios de la astrofísica moderna. Una hipótesis predominante sugiere que "transitorios explosivos", como explosiones estelares masivas (supernovae) y eventos de ruptura de mareas (TDE) debido a estrellas desgarradas por agujeros negros, podrían ser los motores cósmicos detrás de estas partículas energéticas. Sin embargo, esta idea nunca había sido sometida a una rigurosa prueba.

Un equipo de investigación llevó a cabo la primera búsqueda sistemática de contrapartes ópticas a un multiplete de neutrinos, un evento raro en el que se detectan múltiples neutrinos de alta energía desde la misma dirección en un corto período. El evento fue observado por el Observatorio de Neutrinos IceCube, un detector masivo enterrado en el hielo antártico.

La investigación fue publicada en The Astrophysical Journal.

El equipo estuvo liderado por Seiji Toshikage, un estudiante de posgrado en la Escuela de Ciencias de Tohoku, Shigeo Kimura, un profesor en el Instituto de Investigación Fronteriza para Ciencias Interdisciplinarias (FRIS) de la misma universidad, y Masaomi Tanaka, también de la Escuela de Ciencias de Tohoku.

Al analizar datos ópticos de campo amplio que coincidieron tanto espacial como temporalmente con el multiplete de neutrinos, los investigadores buscaron evidencia visible de posibles fuentes astrofísicas. Sin embargo, su investigación no encontró supernovae, TDEs ni otros transitorios explosivos en los tiempos y posiciones correspondientes.

Esta ausencia de contrapartes ópticas resulta, paradójicamente, altamente informativa. La no detección permite al equipo establecer restricciones más sólidas que nunca sobre lo brillantes y lo largos que podrían ser tales eventos explosivos si fueran responsables de producir multipletes de neutrinos.

Los hallazgos reducen significativamente los posibles orígenes de las partículas cósmicas más energéticas del universo y marcan un paso importante hacia la resolución de uno de los rompecabezas más fundamentales de la astrofísica.

"Aunque no encontramos fuentes transitorias esta vez, nuestros resultados muestran que incluso las no detecciones pueden proporcionar percepciones poderosas," dijo Toshikage. "Ayudan a refinar nuestros modelos y guiar futuras búsquedas de las verdaderas fuentes de neutrinos de alta energía."

Mirando hacia el futuro, el equipo planea realizar observaciones ópticas rápidas de seguimiento de los nuevos multipletes de neutrinos detectados tan pronto como la colaboración IceCube los reporte.

Esperan que estos esfuerzos, basados en los métodos de análisis desarrollados en este estudio, acerquen a los investigadores a identificar los motores astrofísicos que generan partículas de alta energía en todo el cosmos.