La Luz Más Antigua del Universo
Cuando una estrella masiva colapsa en una estrella de neutrones o agujero negro, libera una ráfaga de neutrinos tan intensa que una explosión de supernova en una galaxia lejana puede enviar señales detectables a través de miles de millones de años luz de espacio. La detección de neutrinos de una supernova en 1987 en la Gran Nube de Magallanes — una galaxia vecina a unos 168.000 años luz de distancia — fue un momento crucial en la astrofísica, abriendo una nueva ventana de observación en uno de los eventos más violentos del universo.
Pero las supernovas cercanas individuales son raras. La gran mayoría de las muertes estelares ocurrieron a distancias cosmológicas, durante los 13.8 mil millones de años de historia del universo. Sus ráfagas de neutrinos individuales, integradas sobre el tiempo y el espacio cósmicos, han producido un fondo de neutrinos relictos que permea el universo — débil, llegando de todas direcciones, y transportando información sobre el historial completo de la muerte estelar desde las épocas más tempranas de la formación de estructuras hasta el presente.
Esta radiación de fondo de supernova difusa ha sido predicha teóricamente durante décadas. Detectarla es el próximo gran objetivo de la astrofísica de neutrinos, y una nueva generación de detectores profundamente subterráneos está al alcance de lograrlo.
El Desafío Técnico
Detectar la radiación de fondo de supernova difusa es extraordinariamente difícil. Los neutrinos involucrados son de baja energía — en el rango de pocas decenas de MeV — y llegan a una tasa de quizás unos pocos eventos por año por mil toneladas métricas de material detector. Separar estas señales astrofísicas genuinas de los fondos creados por neutrinos de reactores, neutrinos atmosféricos y desintegraciones radiactivas dentro del detector requiere detectores enormes de pureza extraordinaria, operados profundamente bajo tierra para protegerse de los fondos de rayos cósmicos.
El detector Super-Kamiokande en Japón ha sido el líder global en esta búsqueda. Las mejoras recientes que incorporan gadolinio en el volumen de agua del detector — que mejora dramáticamente la capacidad de identificar neutrones producidos en eventos de desintegración beta inversa — han llevado al detector al alcance de sensibilidad suficiente para observar la señal. Los datos iniciales del detector mejorado han mostrado pistas tentadoras consistentes con la señal esperada, aunque aún no con la significancia estadística suficiente para una afirmación de detección definitiva.
Lo Que la Detección Revelaría
Una detección confiada de la radiación de fondo de supernova difusa produciría varias mediciones físicas importantes. La intensidad total de la señal restringe la tasa total de supernovas cosmológica — cuántas muertes estelares han ocurrido por unidad de volumen a lo largo de la historia cósmica. El espectro energético de los neutrinos detectados proporciona información sobre las propiedades promedio de los colapsos estelares que los produjeron: masa promedio del progenitor, dinámica promedio de colapso y fracción de colapsos que producen agujeros negros versus estrellas de neutrones.
Estas mediciones se relacionan con preguntas fundamentales en física estelar, cosmología y origen de los elementos. Las supernovae son la fuente primaria de la mayoría de los elementos pesados del universo — hierro, níquel y todo el conjunto de elementos sintetizados en la nucleosíntesis estelar y dispersos en explosiones de supernova. La comprensión de la tasa y propiedades de las supernovas pasadas restringe los modelos de evolución química galáctica y, en última instancia, el historial cósmico de las condiciones que hicieron posibles sistemas planetarios como el nuestro.
La Próxima Generación de Detectores
El sucesor de Super-Kamiokande, Hyper-Kamiokande — un detector veinte veces más grande actualmente en construcción en la misma mina japonesa — tendrá sensibilidad suficiente para una detección de alta confianza dentro de años después de comenzar la operación. El Deep Underground Neutrino Experiment en los Estados Unidos, utilizando tecnología de argón líquido, complementará detectores basados en agua con características de sensibilidad diferentes, particularmente en la parte de baja energía del espectro.
Juntos, estos instrumentos representan un cambio genuino en la capacidad de la astrofísica de neutrinos. Si la radiación de fondo de supernova difusa se detecta como se predijo, será la primera medición directa del historial integrado de la muerte de estrellas masivas a través del tiempo cósmico — un censo cósmico de la violencia estelar que se extiende a épocas mucho antes que Earth existiera, ahora hecho visible por instrumentos enterrados bajo montañas para escuchar los ecos más silenciosos de los eventos más violentos del universo.
Este artículo se basa en reportajes de Space.com. Leer el artículo original.
