Cada segundo, en algún lugar del universo observable, una estrella masiva colapsa desencadena una explosión de supernova. Según los físicos, el observatorio Super-Kamiokande en Japón ahora podría detectar un flujo constante de neutrinos procedentes de estos desastres. recolectar, lo que podría representar unos pocos descubrimientos por año.

Este pequeñas partículas subatómicas son cruciales para comprender lo que sucede en una supernova: a medida que salen disparados del núcleo en colapso de la estrella y vuelan por el espacio, pueden proporcionar información sobre física potencialmente nueva que podría ocurrir en condiciones extremas.

en el ultimo Neutrino 2024 En una conferencia celebrada en Milán, Italia, Masayuki Harada, físico de la Universidad de Tokio, reveló que la primera evidencia de neutrinos de supernova parece provenir del caos de partículas que el detector Super Kamiokande recoge todos los días de otras fuentes, como los rayos cósmicos que impactan en la atmósfera y la fusión nuclear en el Sol. El resultado sugiere que "hemos empezado a observar una señal", afirma Masayuki Nakahata, físico de la Universidad de Tokio y portavoz del experimento, comúnmente conocido como Super-K. Sin embargo, Nakahata advierte que los datos de respaldo, recopilados durante 956 días de observación, son todavía muy débiles.

Partículas volátiles

Los neutrinos son extremadamente esquivos. La mayoría atraviesa el planeta como la luz a través de un cristal, y Super-K solo captura una pequeña fracción de los que lo cruzan. Aún así, el detector tiene buenas posibilidades de detectar neutrinos de supernovas, ya que el universo debería estar inundado de ellos. El colapso de una estrella libera cantidades masivas de estas partículas (estimadas en aproximadamente 10^58), que los astrofísicos llaman fondo difuso de neutrinos de supernova.

Sin embargo, hasta el momento nadie ha podido acreditar estos antecedentes. Los neutrinos sólo se crearon una vez claramente rastreado hasta una estrella en colapso – Nakahata fue uno de los investigadores que descubrió las partículas en 1987 utilizando el detector Kamioka II, un predecesor del Super-K. El descubrimiento fue posible porque la supernova se produjo en la Gran Nube de Magallanes, una galaxia enana lo suficientemente cercana como para que los neutrinos de la estrella en explosión llegaran a la Tierra en grandes cantidades.

En 2018-2020, el detector Super-K, un tanque que contiene 50.000 toneladas de agua purificada bajo un kilómetro de roca cerca de Hida en la isla central de Honshu, se sometió a una actualización simple pero importante destinada a aumentar su capacidad para distinguir los neutrinos de supernova de otras partículas.

Cuando un neutrino (más específicamente, su antipartícula, un antineutrino) choca con un protón en el agua, ese protón puede transformarse en un par de otras partículas, un neutrón y un antielectrón. El antielectrón produce un destello de luz mientras se mueve a gran velocidad en el agua, y esta luz es captada por los sensores que rodean las paredes del tanque. Este destello de luz por sí solo podría ser indistinguible de la luz producida por neutrinos o antineutrinos de otras fuentes.

Durante la actualización, los científicos agregaron una sal a base de gadolinio al agua de Super-K. Esto permite que el neutrón producido cuando un antineutrino impacta el agua sea capturado por el núcleo de gadolinio, liberando una segunda y característica secuencia de destellos de energía. Los físicos Super-K que buscan neutrinos de supernova buscan una serie rápida de dos destellos, uno del antielectrón y el segundo del neutrón atrapado.

Resuelve misterios cósmicos

Nakahata dice que pasarán varios años antes de que surjan con claridad verdaderas señales de supernova, porque las señales de doble destello también pueden provenir de otras fuentes de neutrinos, incluidas las causadas por rayos cósmicos que golpean la atmósfera. Pero para cuando esté previsto que Super-K cierre en 2029, añade, debería haber recopilado suficientes datos para hacer una afirmación sólida.

A experimento aún más grande llamado Hyper-Kamiokande, que se espera que esté terminado alrededor de 2027, podría mejorar enormemente los resultados de Super-K. Inicialmente, Hyper-K se llenará con agua pura, pero "todos los componentes del detector están diseñados para ser compatibles con gadolinio", que podría añadirse más adelante, afirma Francesca Di Lodovico, física del King's College de Londres y coportavoz del proyecto.

Demostrar que los neutrinos de supernovas distantes que ocurrieron hace miles de millones de años todavía están presentes confirmaría que los neutrinos son partículas estables y no se descomponen en otra cosa, dice Nakahata. Esto es algo que los físicos sospechan desde hace mucho tiempo, pero que aún no han podido demostrar.

Medir el espectro completo de las energías de los neutrinos de las supernovas también podría revelar cuántas supernovas han ocurrido en diferentes períodos de la historia cósmica, dice Harada. Además, podría revelar cuántas estrellas en colapso dieron como resultado un agujero negro, lo que detendría la emisión de neutrinos, en lugar de dejar atrás una estrella de neutrones.

Los datos de Super-K son todavía demasiado débiles para afirmar que los ha detectado, pero la posibilidad de detectar neutrinos difusos es "extremadamente emocionante", dice Ignacio Taboada, físico del Instituto de Tecnología de Georgia en Atlanta y portavoz del Observatorio de Neutrinos IceCube en el Polo Sur. "Los neutrinos proporcionarían una medida independiente de la historia de la formación de estrellas en el universo".