Origem da radiação cósmica? Novo modelo consegue detectar neutrinos em tempo real

Os neutrinos são partículas que possuem uma massa extremamente baixa e interagem fracamente com a matéria. Por causa disso, os neutrinos conseguem viajar milhões a bilhões de anos-luz atravessando estrelas, planetas e galáxias. Por causa dessa característica de não interagir, eles possuem informações diretas sobre os processos que originaram eles que geralmente são muito energéticos.

Essas partículas podem ser formadas em explosões de supernovas, fusão nuclear no interior das estrelas e colisões de buracos negros. Eles funcionam como um outro tipo de mensageiro, além da luz, e possibilita a Astronomia Multimensageira. O IceCube Neutrino Observatory, localizado no Polo Sul, com seus 5 mil sensores tem objetivo de detectar esses neutrinos para conseguir obter informações sobre os fenômenos.

Em um artigo na The Astrophysical Journal, os pesquisadores criaram um modelo que é capaz de reconstruir em tempo real a trajetória dos neutrinos detectados pelo IceCube. Com isso, é possível identificar com maior precisão sua origem no céu porque a Terra ainda não mudou de posição de forma extrema. Com essa tecnologia, será possível relacionar neutrinos com qual evento cósmico que originou ele.

Neutrinos

Os neutrinos são partículas extremamente leves, eletricamente neutras e que interagem apenas pelas interações fraca e gravitacional. Curiosamente, por não interagir muito, os neutrinos atravessam nossos corpos continuamente a cada segundo sem deixar rastro. Como eles não interagem, é difícil conseguir detectá-los e descobrir de onde eles vieram.

Antigamente, acreditava-se que os neutrinos não possuíam massa e alguns pesquisadores até argumentavam que eles poderiam alcançar a velocidade da luz. Mais tarde, após diversos experimentos, descobriram que neutrinos possuem massa apesar de ser muito baixa. Além disso, existe um fenômeno chamado oscilação de neutrinos, no qual eles mudam de "sabor" enquanto se propagam.

Radiação Cósmica

A radiação cósmica é formada por partículas que são muito energéticas e que chegam do espaço. Ao interagir com a atmosfera terrestre, a radiação cósmica produz partículas secundárias. Entre essas partículas primárias e secundárias, há os neutrinos, que por justamente não interagir fortemente com a matéria, traz informações sobre os processos astrofísicos mais extremos e distantes.

Como são várias partículas chegando e outras sendo formadas na atmosfera, junto com a dificuldade de detecção dos neutrinos, o grande desafio é saber qual a exata origem dos neutrinos que são detectados. Diferente das partículas da radiação cósmica, que são desviadas por campos magnéticos no espaço, os neutrinos chegam praticamente em linha reta de sua fonte.

Observando em tempo real

No artigo publicado no The Astrophysical Journal, um grupo de pesquisadores desenvolveu um modelo que é capaz de identificar a energia e a direção de um neutrino em apenas 30 segundos. O modelo consegue divulgar os resultados quase em tempo real para que outros observatórios tenham tempo de observar aquela região. Isso é importante porque a Terra gira e, se demorar muito, pesquisadores perdem a exata região de onde veio o neutrino.

Isso é ainda mais importante porque, geralmente, esses fenômenos energéticos que dão origem a esses neutrinos são rápidos e só demora alguns instantes. Após o primeiro modelo identificar e emitir o sinal em tempo real, um segundo modelo que é mais lento refina os dados iniciais. Após o refinamento, o cálculo da trajetória fica de 4 a 5 vezes mais preciso do que métodos mais tradicionais.

IceCube

O IceCube está instalado no Polo Sul e é o maior detector de neutrinos do mundo. Ele consiste em mais de 5 mil sensores distribuídos em um quilômetro cúbico de gelo. Esses sensores estão dentro do gelo porque ele funciona como um detector natural. O gelo permite que os sensores capturem a luz Cherenkov produzida quando os neutrinos interagem com o ambiente.

O novo modelo transforma esses registros de luz que são obtidos pelo IceCube em informações rápidas e precisas sobre a trajetória dos neutrinos. Com os resultados em tempo real, o IceCube consegue sinalizar para que outros observatórios consigam observar o fenômeno que, muitas vezes, é muito rápido e dura apenas alguns instantes. Principalmente observatórios de radiação eletromagnética e de ondas gravitacionais.

Referência da notícia

Sommani et al. 2025 Two 100 TeV Neutrinos Coincident with the Seyfert Galaxy NGC 7469 The Astrophysical Journal