'Mensageiro Cósmico': Misterioso 'Neutrino de Energia Muito Alta' Detectado Fora de Nossa Galáxia

Uma galáxia muito, muito distante. O CNRS fala de um "terremoto" e de uma "nova janela para o Universo". Um neutrino (partícula muito presente no Universo, nota do editor) com uma energia trinta vezes maior do que qualquer outro já registrado na Terra foi detectado no fundo do Mediterrâneo , segundo um estudo publicado nesta quarta-feira, 12 de fevereiro, na revista Nature .

É a mais energética das partículas elementares. E deve ajudar a fazer progressos significativos na compreensão dos fenômenos extremos do Universo.

Esta descoberta "abala os modelos astrofísicos atuais", escreve o CNRS em um comunicado à imprensa.

Embora a origem desta incrível partícula ainda não tenha sido identificada, os cientistas têm certeza de que ela não vem da nossa galáxia.

Partícula elementar abundante no Universo, mas elusiva, o neutrino, como o próprio nome indica, não tem carga elétrica e quase nenhuma massa: esta última é um milhão de vezes mais fraca que a de um elétron. É também a partícula massiva mais leve conhecida. Além disso, ele interage apenas fracamente com a matéria.

Os neutrinos são de particular interesse para os cientistas porque são "mensageiros cósmicos especiais", explica Rosa Coniglione, pesquisadora do Instituto Italiano de Física Nuclear, em um comunicado à imprensa que acompanha a publicação do estudo.

Os eventos mais violentos no Universo — como uma explosão de supernova, a fusão de duas estrelas de nêutrons ou a atividade ao redor de buracos negros supermassivos — geram os chamados neutrinos de "energia ultra-alta".

Como essas partículas interagem pouco com a matéria, elas podem escapar das áreas densas e turbulentas que as produziram e então viajar em linha reta pelo Universo. E assim fornecer informações valiosas, inacessíveis por métodos mais clássicos, sobre os fenômenos astrofísicos que os originaram.

"Para ilustrar, se quiséssemos impedir que metade dos neutrinos viessem em nossa direção, teríamos que construir um muro de chumbo com nove mil bilhões de quilômetros de espessura", explica Sonia El Hedri, astrofísica do CNRS, em um vídeo .

Essas partículas "fantasmas", no entanto, são extremamente difíceis de detectar. 60 bilhões de neutrinos passam por cada centímetro quadrado da Terra por segundo sem deixar o menor vestígio, especifica o CNRS.

Para ter esperança de pegar alguns no ar, é preciso um grande volume de água — pelo menos um quilômetro cúbico, o equivalente a 400.000 piscinas olímpicas. É por isso que o Mediterrâneo abriga o Telescópio de Neutrinos do Quilômetro Cúbico (KM3NeT).

Ainda em construção, ele está distribuído em dois locais: o ARCA, dedicado à astronomia de altas energias, a 3.450 metros de profundidade na costa da Sicília (Itália), e o ORCA, otimizado para estudar as propriedades fundamentais do neutrino, a 2.450 metros de profundidade na costa de Toulon (França).

Cabos com centenas de metros de comprimento e equipados com fotomultiplicadores capazes de amplificar quantidades muito pequenas de luz são ancorados no fundo do mar a distâncias regulares.

"O interesse da água é que quando o neutrino interage em geral na matéria, ele produz partículas eletricamente carregadas. E se essas partículas se movem rápido o suficiente em um meio, elas podem causar a emissão de luz", explica Sonia El Hedri. Isso é chamado de efeito Cherenkov.

"A água, por sua transparência, é um meio particularmente ideal para detectar esse efeito", continua o astrofísico.

Em 13 de fevereiro de 2023, um múon, um elétron pesado produzido por um neutrino, "passou por todo o detector ARCA, induzindo sinais em mais de um terço dos sensores ativos", diz o KM3NeT, uma colaboração que reúne 350 cientistas de 21 países.

O neutrino em sua origem tinha uma energia de 220 petaeletronvolts (PeV), ou 200 milhões de bilhões de elétronvolts. Uma figura colossal, nunca vista antes na Terra.

"É aproximadamente a energia de uma bola de pingue-pongue caindo de uma altura de um metro", mas contida "em uma única partícula elementar", explicou Aart Heijboer, professor do Instituto Holandês de Física Subatômica (Nikhef) e membro do KM3NeT durante uma coletiva de imprensa.

Exceto que uma bola de pingue-pongue é composta de trilhões de moléculas, enquanto esta é uma única partícula elementar que carrega a mesma quantidade de energia.

Produzir tal partícula exigiria um acelerador "ao redor da Terra, à distância de satélites geoestacionários", acrescentou Paschal Coyle, diretor de pesquisa do CNRS no Centro de Física de Partículas de Marselha.

"Buraco negro à espreita no coração de uma galáxia? Explosão de raios gama? Supernova?", sua origem está sendo questionada pelo CNRS nesta quarta-feira.

Com tal nível de energia, a origem do neutrino só pode ser cósmica. A distância do evento que o produziu "é desconhecida", mas "o que temos bastante certeza é que ele não vem da nossa galáxia", destacou Damien Dornic, pesquisador do CPPM.

Astrofísicos identificaram doze blazares , fontes extremas de radiação que aceleram implacavelmente partículas alimentadas por buracos negros massivos e potencialmente compatíveis.

Também pode ser a primeira detecção de um neutrino "cosmogênico", resultante de "uma interação de raios cósmicos ultraenergéticos com fótons do fundo cósmico intergaláctico", explicou Rosa Coniglione.

O que poderia ajudar a entender "a composição desses raios cósmicos" e "a evolução do Universo".

"Na época em que esse evento ocorreu, nosso sistema de alerta de neutrinos ainda estava em desenvolvimento", observou Aart Heijboer. Até o final do ano, quando uma nova detecção for feita, um alerta será enviado em segundos "para todos os telescópios ao redor do mundo para que eles possam apontar naquela direção" do céu e procurar uma fonte.