Astronomia Multi-mensageiros
"Neutrinos e fotões gama da mesma fonte cósmica observados pela primeira vez. O resultado foi hoje publicado na Science."
Pela primeira vez, foi possível identificar a possível fonte de um neutrino cósmico, graças à associação com uma fonte de raios gama (fotões de muito alta energia). Este extraordinário resultado, publicado hoje na revista Science, combina dados da experiência IceCube, que detecta neutrinos no pólo Sul, com os de outras 15 experiências, que detectam fotões na Terra e no espaço. A fonte em causa é um blazar, ou seja, uma galáxia activa com um buraco negro supermassivo no centro, que emite jactos de partículas energéticas a velocidades próximas da velocidade da luz, situado a 4,5 mil milhões de anos luz de distância, na direcção da constelação do Orion.
No dia 22 de Setembro de 2017, o detector IceCube observou um neutrino particularmente interessante: a sua energia extremamente elevada (290 TeV) indicava que podia ter tido origem num objecto distante muito activo. Como a produção de neutrinos cósmicos é, segundo os modelos, sempre acompanhada de raios gama, IceCube enviou imediatamente um “alerta neutrino” a telescópios espalhados pela Terra e pelo espaço, na esperança de que as suas observações permitissem identificar com precisão a fonte.
O satélite Fermi da NASA, com o seu telescópio LAT, observou, na direcção do neutrino, as emissões de uma fonte de raios gama, o blazar TXS 0506+056. Enviou de imediato um “telegrama astronómico” que permitiu a outros 14 detectores apontarem na mesma direcção. O telescópio MAGIC, nas Canárias, orientou os seus gigantescos espelhos na direcção da fonte. Com 12 horas de observação, detectou a emissão de raios gama como energia mil vezes superiores às detectadas por Fermi, contribuindo com uma importante peça para completar o puzzle desta descoberta. Vários outros detectores participaram e, graças à combinação das diversas observações, foi possível confirmar como provável fonte do neutrino o blazar TXS 0506+056, no coração de uma galáxia a 4,5 mil milhões de anos-luz da Terra.
Alessandro de Angelis, colaborador do LIP e professor convidado do IST, membro fundador de Fermi e por muitos anos investigador principal científico de MAGIC, seguiu de perto a descoberta, e não tem dúvidas de que este “é um resultado que vai estar nos livros de física do futuro. E que só foi possível com observações multi-mensageiro, que implicam partículas diferentes. Esta é a nova astronomia do século XXI, e este acontecimento é o segundo capitulo, nove meses depois do evento de onda gravitacional de 2017.”
Esta observação sem precedentes, fruto da recém-nascida astronomia multi-mensageiros, fornece também um sólido indício para a resolução do mistério da origem dos raios cósmicos de alta energia. Os raios cósmicos são na sua maioria protões, partículas carregadas que são desviados pelos campos magnéticos que permeiam o espaço, o que nos impede reconstituir o seu local de origem. Os neutrinos, que são produzidos pelos protões de alta energia, não são desviados pelos campos magnéticos, e interagem muito pouco com a matéria. São, pois, capazes de nos levar directamente à sua origem. Por produzir neutrinos como o valor de energia agora observado, sabemos agora que esta fonte pode acelerar protões a energia muito mais elevadas.
Mário Pimenta, presidente do LIP e professor catedrático do IST, explica até que ponto o resultado é importante para a consolidação da astronomia multi-mensageiros, e para várias das linhas de investigação do LIP: “Este resultado extremamente importante consagra uma mudança de paradigma na observação do Universo: detectores tão distintos como os de neutrinos, os de fotões e de ondas gravitacionais, e localizados em sítios e ambientes tao distintos, da Antártida ao espaço, estão hoje organizados em redes globais. Portugal (LIP) conjuntamente com cientistas de outros países, nomeadamente Brasil, Itália e República Checa, está neste momento a trabalhar na proposta de dois novos elos desta cadeia: um observatório de raios gama a 5000 m de altitude nos Andes, na América do Sul; e uma ambiciosa experiência de satélite para detecção de fotões gama com energias na região dos MeV”.
O LIP mantém um outro canal de observações multi-mensageiro no Observatório Pierre Auger, na Argentina, dedicado à observação dos raios cósmicos carregados com energia mil vezes superiores às agora medidas em IceCube. O Observatório Pierre Auger é também sensível a fotões e neutrinos de muito alta energia, e participou na primeira observação multi-mensageiro com ondas gravitacionais, há menos de um ano.
Entrevista com Mário Pimenta, Presidente do LIP
IceCube video on this discovery
More info: IceCube
Links to the papers:
info “Multimessenger observations of a flaring blazar coincident with high-energy neutrino IceCube-170922A,” The IceCube, Fermi-LAT, MAGIC, AGILE, ASAS-SN, HAWC, H.E.S.S, INTEGRAL, Kanata, Kiso, Kapteyn, Liverpool telescope, Subaru, Swift/NuSTAR, VERITAS, and VLA/17B-403 teams. Science 361, eaat1378 (2018). DOI:10.1126/science.aat1378, arXiv
+ info “Neutrino emission from the direction of the blazar TXS 0506+056 prior to the IceCube-170922A alert,” IceCube Collaboration: M.G. Aartsen et al. Science 361, 147-151 (2018). DOI:10.1126/science.aat2890, arXiv