Pela primeira vez, os astrônomos montaram um retrato brilhante da Via Láctea usando “partículas fantasmas” cósmicas detectadas por um telescópio embutido no gelo da Antártida.
Ao longo dos anos, os astrônomos mostraram imagens impressionantes da Via Láctea através da radiação eletromagnética da luz visível ou das ondas de rádio. Mas esta é uma nova perspectiva da nossa galáxia baseada em partículas de matéria, ao invés de energia.
As chamadas partículas fantasmas são os neutrinos. Essas minúsculas partículas cósmicas de alta energia são frequentemente chamadas de fantasmagóricas porque são extremamente vaporosas e podem passar por qualquer tipo de matéria sem mudar.
A pesquisa foi publicada durante a semana pela revista Science.
“Lembro-me de dizer: ‘Neste ponto da história humana, somos os primeiros a ver nossa galáxia em algo que não seja a luz’”, disse a coautora do estudo Naoko Kurahashi Neilson, professora associada de física na Universidade Drexel, em um comunicado refletindo quando ela e dois estudantes de doutorado inicialmente viram a imagem.
Os neutrinos quase não têm massa e podem viajar pelos ambientes mais extremos – incluindo estrelas, planetas e galáxias inteiras – e não alterar sua estrutura. É provável que bilhões deles passem por nós todos os dias, e simplesmente não os sentimos.
As partículas fantasmas são difíceis de detectar porque muitas vezes não interagem com o ambiente, mas interagem com o gelo. E a maior concentração de gelo na Terra pode ser encontrada na Antártida.
Uma equipe internacional de cientistas usou o IceCube Neutrino Observatory na National Science Foundation’s Amundsen-Scott South Pole Station na Antártida para detectar neutrinos e rastreá-los até suas origens.
Uma maneira gelada de estudar o cosmos
O detector IceCube, que entrou em operação em 2010, é o maior de seu tipo. O observatório pode monitorar 1 bilhão de toneladas de gelo antártico para interações de neutrinos.
Para construir o detector, os trabalhadores perfuraram 86 buracos no gelo, cada um com 2,4 quilômetros de profundidade, e espalharam uma rede de 5.160 sensores de luz em uma grade que se estende por 1 quilômetro cúbico.
À medida que os neutrinos interagem com o gelo, eles criam padrões de luz fracos que o IceCube detecta. Alguns dos padrões de luz apontam para regiões específicas do céu, o que permite aos astrônomos rastrear sua origem.
Em um caso de 2018, os cientistas conseguiram usar o IceCube para rastrear as origens de um neutrino que viajou 3,7 bilhões de anos-luz até a Terra.
Mas outras interações entre neutrinos e gelo apenas produzem “bolas de luz”, o que torna muito mais difícil traçar seu caminho até a Terra, disse Kurahashi Neilson. O detector IceCube é visto sob um céu noturno estrelado, com a Via Láctea aparecendo sobre auroras baixas ao fundo. / Yuya Makino/IceCube/NSF
Juntos, ela e os estudantes de doutorado Steve Sclafani, da Drexel University, e Mirco Hünnefeld, da TU Dortmund University, na Alemanha, criaram um algoritmo de aprendizado de máquina para comparar o tamanho, a energia e a posição relativa de mais de 60.000 padrões de luz de neutrinos detectados pelo IceCube ao longo de 10 anos.
O trio passou mais de dois anos testando o algoritmo antes de fornecê-lo com os dados do IceCube. O resultado final foi uma imagem mostrando pontos brilhantes de luz na Via Láctea que provavelmente emitirão neutrinos, criando um novo retrato de nossa galáxia.
“Ver nossa galáxia com neutrinos é algo com que sonhávamos, mas que parecia fora do alcance de nosso projeto por muitos anos”, disse o coautor do estudo Chad Finley, professor associado de física na Universidade de Estocolmo e membro da equipe IceCube, em um comunicado.
“O que tornou esse resultado possível hoje é a revolução no aprendizado de máquina, que nos permite explorar muito mais profundamente nossos dados do que antes.”
Alguns dos locais apontados na imagem também são o local de raios gama previamente observados, criados quando os raios cósmicos colidiram com gás e poeira galácticos. Acredita-se que tais interações também criem neutrinos, mas definir fontes específicas de neutrinos é um objetivo fundamental para os pesquisadores daqui para frente.
“Uma contraparte de neutrino foi medida, confirmando assim o que sabemos sobre nossa galáxia e fontes de raios cósmicos”, disse Sclafani.
Os pesquisadores agora acreditam, depois de ver a imagem, que as interações dos raios cósmicos são mais intensas no centro galáctico.
Os raios cósmicos, as partículas mais altamente energéticas do universo, bombardeiam a Terra do espaço com radiação. Essas partículas ionizantes em nossa atmosfera foram detectadas pela primeira vez há mais de 100 anos, em 1912, pelo físico Victor Hess. Ele determinou que eles vieram do espaço.
Os raios cósmicos são compostos principalmente de prótons ou núcleos atômicos que foram retirados dos átomos, de acordo com a Nasa.
Mas esses raios têm intrigado os cientistas desde sua descoberta. De onde eles vêm e o que os cria e os lança pelo universo? Os neutrinos poderiam nos dizer.
Agora, a equipe quer investigar fontes específicas de neutrinos em toda a galáxia.
“Observar nossa própria galáxia pela primeira vez usando partículas em vez de luz é um grande passo”, disse Kurahashi Neilson.
“À medida que a astronomia de neutrinos evoluir, teremos uma nova lente para observar o universo. É por isso que fazemos o que fazemos. Ver algo que ninguém jamais viu e entender coisas que não entendemos.”
