Cientistas detectaram a partícula fantasma mais energética já observada, conforme relatado em um artigo publicado nesta quarta-feira (12) na revista Nature. Trata-se de um neutrino que viajou quase à velocidade da luz e possui 30 vezes mais energia que qualquer outro já registrado. Essa descoberta fornece a primeira evidência concreta de que neutrinos com energias tão altas podem ser produzidos no Universo.
A origem desse neutrino ainda é desconhecida, mas os pesquisadores acreditam que ele veio de fora da Via Láctea. Entre os principais candidatos estão 12 blazares – núcleos ativos de galáxias que abrigam buracos negros supermassivos e emitem jatos de partículas altamente energéticas apontados diretamente para a Terra.
A partícula foi detectada em 13 de fevereiro de 2023 pelo Telescópio de Neutrinos de Quilômetro Cúbico (KM3NeT), localizado a 3.450 metros de profundidade no Mar Mediterrâneo. Durante o evento, identificado como KM3-230213A, um múon gerado pelo impacto do neutrino cruzou o detector submarino, ativando um terço dos seus milhares de sensores ópticos. Essa luz foi o indício que permitiu a identificação da partícula.
“Este neutrino provavelmente tem origem cósmica e possui uma energia em uma região completamente inexplorada”, afirmou Paschal Coyle, do Centro Nacional Francês de Pesquisa Científica, em entrevista coletiva na terça-feira (11). Ele destacou que sempre que novas fronteiras energéticas são abertas na física, há potencial para descobertas inesperadas.
Por que esta é uma “partícula fantasma”?
Neutrinos são chamados de “partículas fantasmas” porque interagem muito pouco com a matéria. Cerca de 100 trilhões deles atravessam o corpo humano a cada segundo sem deixar vestígios. Trata-se da segunda partícula mais abundante do Universo, atrás apenas dos fótons. Sua detecção é extremamente difícil, exigindo instrumentos subterrâneos ou subaquáticos para evitar interferências.
“Os neutrinos são partículas elementares misteriosas: não possuem carga elétrica, têm massa quase nula e interagem fracamente com a matéria”, explicou Rosa Coniglione, integrante do KM3NeT, na coletiva de imprensa. Segundo ela, essas partículas carregam informações valiosas sobre os eventos cósmicos mais extremos, funcionando como “mensageiros” de processos invisíveis no Universo.
O KM3NeT não detectou o neutrino diretamente, mas sim o clarão gerado pelo múon que surgiu quando ele colidiu com outra partícula. A análise revelou que a energia envolvida era de 220 milhões de bilhões de elétron-volts, cerca de 30 mil vezes maior que a energia máxima alcançada pelo Grande Colisor de Hádrons (LHC), o maior acelerador de partículas da Terra.
Para comparação, Coyle explicou que, para produzir uma partícula com essa energia, o LHC teria que ser expandido dos atuais 27 quilômetros de circunferência para 40 mil quilômetros – equivalente à circunferência do planeta. Isso mostra que, em algum lugar do Universo, existe um acelerador de partículas natural muito mais poderoso do que qualquer tecnologia humana.
Os cientistas acreditam que buracos negros supermassivos podem ser a chave para essa aceleração extrema. Em galáxias ativas, essas estruturas gigantes devoram matéria e lançam jatos de partículas de alta energia a velocidades próximas à da luz. Quando esses jatos apontam diretamente para a Terra, os objetos são chamados de blazares.
Os blazares emitem tanto radiação eletromagnética, que varia de ondas de rádio a raios gama, quanto partículas carregadas conhecidas como raios cósmicos. Quando esses raios interagem com outras partículas dentro de suas galáxias, podem produzir chuvas de neutrinos altamente energéticos, como o detectado pelo KM3NeT.
Com base na direção da partícula, os pesquisadores rastrearam sua trajetória até a borda da Via Láctea. Como não há fontes locais que possam explicar essa energia extrema, a equipe voltou sua atenção para 12 blazares fora da galáxia como possíveis locais de origem.
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Neutrino pode ter origem na colisão de um raio cósmico com fótons remanescentes do Big Bang.
No entanto, há outra hipótese intrigante: o neutrino pode ter sido gerado por uma colisão entre um raio cósmico ultraenergético e um fóton da radiação cósmica de fundo (CMB), a luz mais antiga do Universo, remanescente do Big Bang. Se confirmada, essa seria a primeira detecção de um “neutrino cosmogênico”, um tipo previsto pelos cientistas, mas nunca observado.
Caso esse neutrino realmente tenha vindo de uma interação com a CMB, isso representaria um marco para a astrofísica, abrindo caminho para uma nova forma de investigação cósmica. A descoberta ajudaria a integrar três grandes áreas da astronomia moderna: a observação de ondas eletromagnéticas, a detecção de ondas gravitacionais e a chamada astronomia multimensageira baseada em neutrinos.
De acordo com um comunicado, por enquanto, os cientistas não têm dados suficientes para determinar com certeza a origem da partícula. No entanto, o fato de que o KM3NeT conseguiu detectar um neutrino tão energético enquanto ainda está em construção sugere que mais descobertas estão por vir.
“No próximo ano, o KM3NeT fornecerá mais dados e uma melhor resolução angular”, disse Coniglione. “Com isso, poderemos refinar a localização desse evento e, possivelmente, chegar a uma conclusão mais definitiva sobre sua origem”.
O estudo representa um avanço significativo na astrofísica de partículas, abrindo novas perspectivas para o estudo do Universo extremo. Com mais neutrinos desse tipo sendo detectados, os cientistas poderão testar teorias sobre os processos mais energéticos do cosmos e desvendar os mistérios por trás dessas partículas fantasmagóricas.
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