Imágenes de una supernova con neutrinos

Imágenes de una supernova con neutrinos

Dos hombres en una balsa de goma inspeccionan la pared del fotodetector del detector de neutrinos Super-Kamiokande parcialmente lleno.
Agrandar / Dos hombres en una balsa de goma inspeccionan la pared del fotodetector del detector de neutrinos Super-Kamiokande parcialmente lleno.

Hay muchas maneras de describir cuán raramente interactúan los neutrinos con la materia normal. Kate Scholberg de Duke, que está trabajando en él, proporcionó otro. Un rayo gamma de 10 megaelectrones Volt atravesará una media de 20 centímetros de carbono antes de ser absorbido; un neutrino de 10 MeV viajará un año luz. «Se llama interacción débil por una razón», bromeó, refiriéndose a los procesos débiles generados por la fuerza que producen y absorben estas partículas.

Pero hay un tipo de evento que produce tantas de estas escurridizas partículas que no podemos perdernos: una supernova con colapso del núcleo, que ocurre cuando una estrella ya no puede producir suficiente energía para contrarrestar la atracción de la gravedad. Por lo general, las detectamos por la gran cantidad de luz que producen, pero en términos energéticos eso es solo un error de redondeo: Scholberg dijo que el 99% de la energía gravitatoria de la supernova se destina a producir neutrinos.

Momentos después de que comienza el colapso, la gravedad obliga a los electrones y protones a fusionarse, produciendo neutrones y liberando neutrinos. Mientras que la energía necesaria para producir luz es retenida por interacciones complicadas con las capas exteriores de la estrella que colapsa, los neutrinos atraviesan cualquier materia intermedia. La mayoría de ellos lo hacen, al menos; hay tantos productos que sus raras interacciones son importantes colectivamente, aunque nuestros modelos de supernova todavía tienen que descubrir cómo.

Pero nuestros modelos dicen que, si pudiéramos detectarlos a todos, veríamos sus sabores (los neutrinos están presentes en tres de ellos) cambiar con el tiempo, y distintos patrones de emisión durante la caída de la estrella, la acumulación de materia, luego, después del enfriamiento por supernova . La formación de agujeros negros crearía una parada repentina en su emisión, por lo que podrían proporcionar una ventana única a los eventos. Desafortunadamente, muy pocos de ellos interactúan con nuestros detectores para aprender mucho.

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La última supernova cercana, SN 1987a, vio un estallido de antineutrinos de 20 electrones detectado aproximadamente 2,5 horas antes de que la luz de la explosión se hiciera visible. (Scholberg bromeó diciendo que el detector Super-Kamiokande «generaba órdenes de magnitud más papeles que neutrinos».) Pero los investigadores no estaban buscando eso, por lo que el estallido no se reconoció hasta después del hecho.

Eso ha cambiado ahora. Los investigadores pueden ir a una página web alojada en el Laboratorio Nacional de Brookhaven y recibir una alerta si uno de los pocos detectores detecta una ráfaga de neutrinos. Los detectores Daya Bay, IceCube y Super-Kamiokande forman parte de este programa). Cuando llegue el próximo estallido de neutrinos, los astrónomos estarán alerta y buscarán la fuente.

«¡Vienen los neutrinos!» dijo Scholberg. «Ya han ocurrido supernovas, sus frentes de onda están en camino». Ella dijo que las estimaciones son que hay tres supernovas de colapso central en nuestro vecindario cada siglo y, según esa medida, «estamos vencidos».

Si esta supernova ocurrió en el núcleo galáctico, será un gran espectáculo. En lugar de detectar eventos individuales, toda el área de hielo monitoreada por el detector IceCube eventualmente brillará. El detector Super-Kamiokande detectará 10.000 neutrinos individuales; “Se iluminará como un árbol de Navidad”, dijo Scholberg.

Será una vista increíble, y estoy seguro de que la mayoría de los físicos (incluyéndome a mí) esperan que suceda durante su vida. Pero si toma un poco de tiempo, tal vez el espectáculo sea aún mejor. Al parecer, hay planes en marcha para construir un «Hyper-Kamiokande», que sería capaz de detectar 100.000 neutrinos de una supernova central galáctica. Imagina cuántos papeles produciría eso.

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