A cada segundo, em algum lugar do universo observável, uma estrela massiva entra em colapso desencadeia uma explosão de supernova. De acordo com os físicos, o observatório Super-Kamiokande, no Japão, poderia agora detectar um fluxo constante de neutrinos provenientes desses desastres. coletar, o que pode equivaler a algumas descobertas por ano.

Esse minúsculas partículas subatômicas são cruciais para compreender o que acontece numa supernova: à medida que saem do núcleo em colapso da estrela e voam pelo espaço, podem fornecer informações sobre uma física potencialmente nova que pode ocorrer sob condições extremas.

No último Neutrino 2024 Em uma conferência em Milão, Itália, Masayuki Harada, físico da Universidade de Tóquio, revelou que a primeira evidência de neutrinos de supernova parece vir do caos de partículas que o detector Super Kamiokande coleta todos os dias de outras fontes, como os raios cósmicos que atingem a atmosfera e a fusão nuclear no Sol. O resultado sugere que “começámos a observar um sinal”, diz Masayuki Nakahata, físico da Universidade de Tóquio e porta-voz da experiência, vulgarmente referida como Super-K. No entanto, Nakahata alerta que os dados de apoio – recolhidos ao longo de 956 dias de observação – ainda são muito fracos.

Partículas voláteis

Os neutrinos são extremamente evasivos. A maioria passa pelo planeta como a luz através do vidro, e o Super-K captura apenas uma pequena fração daqueles que o atravessam. Ainda assim, o detector tem boas chances de detectar neutrinos de supernovas, já que o universo deveria estar inundado com eles. O colapso de uma estrela libera grandes quantidades dessas partículas (estimadas em cerca de 10 ^ 58), que os astrofísicos chamam de fundo difuso de neutrinos de supernova.

No entanto, até agora ninguém foi capaz de provar este contexto. Os neutrinos só foram criados uma vez claramente remonta a uma estrela em colapso – Nakahata foi um dos pesquisadores que descobriu as partículas em 1987 usando o detector Kamioka II, antecessor do Super-K. A descoberta foi possível porque a supernova ocorreu na Grande Nuvem de Magalhães, uma galáxia anã suficientemente próxima para que os neutrinos da estrela em explosão atingissem a Terra em grande número.

Em 2018-2020, o detector Super-K, um tanque contendo 50.000 toneladas de água purificada sob um quilómetro de rocha perto de Hida, na ilha central de Honshu, passou por uma atualização simples, mas importante, destinada a aumentar a sua capacidade de distinguir neutrinos de supernova de outras partículas.

Quando um neutrino – mais especificamente, sua antipartícula, um antineutrino – colide com um próton na água, esse próton pode se transformar em um par de outras partículas, um nêutron e um antielétron. O antielétron produz um flash de luz enquanto se move em alta velocidade na água, e essa luz é captada pelos sensores que circundam as paredes do tanque. Este flash de luz por si só poderia ser indistinguível da luz produzida por neutrinos ou antineutrinos de uma variedade de outras fontes.

Durante a atualização, os cientistas adicionaram sal à base de gadolínio à água do Super-K. Isso permite que o nêutron produzido quando um antineutrino impacta a água seja capturado pelo núcleo de gadolínio, liberando uma segunda sequência característica de flashes de energia. Os físicos Super-K que procuram neutrinos de supernova procuram uma série rápida de dois flashes, um do antielétron e o segundo do nêutron preso.

Resolva mistérios cósmicos

Nakahata diz que serão necessários vários anos até que verdadeiros sinais de supernova surjam claramente, porque sinais de flash duplo também podem vir de outras fontes de neutrinos, incluindo aqueles causados ​​por raios cósmicos que atingem a atmosfera. Mas quando o Super-K estiver programado para fechar, em 2029, acrescenta ele, já deverá ter recolhido dados suficientes para fazer uma afirmação sólida.

UM experimento ainda maior chamado Hyper-Kamiokande, com conclusão prevista para 2027, poderia melhorar enormemente os resultados do Super-K. Inicialmente, o Hyper-K será preenchido com água pura, mas “todos os componentes do detector são projetados para serem compatíveis com o gadolínio”, que poderá ser adicionado posteriormente, diz Francesca Di Lodovico, física do King’s College London e co-porta-voz do projeto.

Mostrar que os neutrinos de supernovas distantes que ocorreram há milhares de milhões de anos ainda estão presentes confirmaria que os neutrinos são partículas estáveis ​​e não se decompõem em outra coisa, diz Nakahata. Isso é algo que os físicos já suspeitavam há muito tempo, mas ainda não conseguiram provar.

Medir todo o espectro das energias dos neutrinos das supernovas também pode revelar quantas supernovas ocorreram em diferentes períodos da história cósmica, diz Harada. Além disso, poderia revelar quantas estrelas em colapso resultaram num buraco negro – o que interromperia a emissão de neutrinos – em vez de deixar uma estrela de neutrões para trás.

Os dados do Super-K ainda são demasiado fracos para reivindicar a detecção, mas a possibilidade de detectar os neutrinos difusos é “extremamente excitante”, diz Ignacio Taboada, físico do Instituto de Tecnologia da Geórgia, em Atlanta, e porta-voz do Observatório de Neutrinos IceCube, no Pólo Sul. “Os neutrinos forneceriam uma medição independente da história da formação estelar no universo.”