Captan la primera imagen de una «partícula fantasma» de la Vía Láctea

Desde la luz visible de las estrellas hasta las ondas de radio, la Vía Láctea se ha observado durante mucho tiempo a través de las distintas frecuencias de radiación electromagnética que emite. Ahora el avance ha sido posible gracias a la colaboración de investigadores que utilizan el Observatorio de Neutrinos IceCube de la Estación Amundsen-Scott de la NSF en la Antártida, dentro del territorio del Polo Sur.

El inmenso observatorio detecta las sutiles señales de neutrinos de alta energía procedentes del espacio utilizando miles de sensores conectados en red y enterrados en las profundidades de un kilómetro cúbico de hielo transparente y prístino.

«A estas alturas de la historia de la humanidad, somos los primeros en ver nuestra galaxia de otra forma que no sea la luz», explica Naoko Kurahashi Neilson, física de la Universidad de Drexel, refiriéndose al momento en que ella y dos estudiantes de doctorado, Steve Sclafani, de Drexel (Estados Unidos), y Mirco Hünnefeld, de la Universidad Técnica de Dortmund (Alemania), examinaron por primera vez la imagen.

Kurahashi Neilson propuso el innovador análisis computacional utilizado para generar la imagen y recibió financiación para llevar a cabo su idea a través de una beca del programa Faculty Early Career Development de la NSF.

«Como ocurre a menudo, los avances tecnológicos hacen posibles grandes avances científicos», afirma Denise Caldwell, directora de la división de Física de la NSF. Las posibilidades que ofrece el detector de alta sensibilidad IceCube, junto con las nuevas herramientas de análisis de datos, «nos han proporcionado una visión completamente nueva de nuestra galaxia, que hasta ahora solo se había insinuado», añade.

«A medida que estas capacidades sigan perfeccionándose –continua su explicación esta científica-, podemos esperar ver cómo esta imagen emerge con una resolución cada vez mayor, revelando potencialmente características ocultas de nuestra galaxia nunca antes vistas por la humanidad«. »Lo intrigante es que, a diferencia de lo que ocurre con la luz de cualquier longitud de onda, en los neutrinos el universo eclipsa a las fuentes cercanas de nuestra propia galaxia«, apunta Francis Halzen, físico de la Universidad de Wisconsin-Madison e investigador principal de IceCube.

Más allá del desafío de detectar los neutrinos, tan esquivos, y distinguirlos de otros tipos de partículas interestelares, está el objetivo aún más ambicioso de determinar su procedencia. Cuando los neutrinos interactúan con el hielo bajo IceCube, esos raros encuentros producen débiles patrones de luz que IceCube puede detectar.

Algunos patrones de luz son muy direccionales y apuntan claramente a una zona concreta del cielo, lo que permite a los investigadores determinar la fuente de los neutrinos. Estas interacciones fueron la base del descubrimiento en 2022 de neutrinos procedentes de otra galaxia a 47 millones de años luz.

Otras interacciones son mucho menos direccionales y producen «bolas de luz en cascada» en el hielo transparente, explica Kurahashi Neilson. Sus compañeros con el IceCube, Sclafani y Hünnefeld, desarrollaron un algoritmo de aprendizaje automático que comparaba la posición relativa, el tamaño y la energía de más de 60.000 cascadas de luz generadas por neutrinos y registradas por IceCube a lo largo de 10 años.

Los tres investigadores pasaron más de dos años probando y verificando meticulosamente su algoritmo con datos artificiales que simulaban detecciones de neutrinos. Cuando finalmente introdujeron en el algoritmo los datos reales proporcionados por IceCube, el resultado fue una imagen que mostraba puntos brillantes correspondientes a lugares de la Vía Láctea sospechosos de emitir neutrinos.

Se trataba de lugares en los que se pensaba que los rayos gamma observados eran subproductos de colisiones entre rayos cósmicos y gas interestelar, que teóricamente también deberían producir neutrinos. «Ahora se ha medido un neutrino homólogo, confirmando así lo que sabemos sobre nuestra galaxia y las fuentes de rayos cósmicos», subraya Sclafani.

A lo largo de muchas décadas, los científicos han revelado innumerables descubrimientos astronómicos ampliando los métodos utilizados para observar el universo. A avances antaño revolucionarios como la radioastronomía y la astronomía infrarroja se ha unido una nueva clase de técnicas de observación que utilizan fenómenos como las ondas gravitacionales y, ahora, los neutrinos.

Kurahashi Neilson afirma que la imagen de la Vía Láctea basada en neutrinos es un paso más en ese linaje de descubrimientos. Predice que la astronomía de neutrinos se perfeccionará como los métodos que la precedieron, hasta que también pueda revelar aspectos del universo hasta ahora desconocidos.