“Blazar? Blazar? Eu disse blazar? Que blazar…” Por trás desta referência à famosa frase de Louis Jouvet em Drama engraçado reside talvez a solução para o enigma do neutrino mais energético já detectado. Na verdade, um destes famosos blazares, um tipo particular de galáxia, pode muito bem estar na origem do KM3-230213A, este evento astrofísico excepcional do qual os cientistas ainda não recuperaram. Em fevereiro de 2023, o telescópio subaquático KM3NeT, instalado no fundo do Mediterrâneo, registou um neutrino com uma energia estimada em cerca de 220 petaelétron-volts (PeV), o mais energético alguma vez observado.
Uma descoberta espetacular que levanta imediatamente a questão da sua origem. Que monstro cósmico poderia ter produzido uma partícula tão extrema? Há três anos, os pesquisadores competem com hipóteses mais ou menos ousadas. Alguns invocam neutrinos cosmológicos, produzidos quando raios cósmicos ultraenergéticos interagem com a luz fóssil do Universo. Outros evocam cenários mais especulativos, como a evaporação de um buraco negro primordial.
Uma fábrica cósmica de neutrinos
Um novo estudo publicado na revista Jornal de Cosmologia e Física de Astropartículas portanto sugere a trilha dos blazares. O termo foi cunhado no final da década de 1970 a partir de Lago BL E quasardois tipos de galáxias particularmente espetaculares. Esses objetos estão entre os mais energéticos do Universo. No seu centro está um buraco negro supermassivo que engole a matéria circundante. Mas parte desse material não é engolido: ele é ejetado na forma de dois jatos de plasma projetados no espaço a velocidades próximas à da luz.
No caso dos blazares, um desses jatos é orientado em direção à Terra e a galáxia parece então extraordinariamente brilhante, especialmente em raios gama. Nestes jatos, as condições são tão extremas que as partículas podem atingir energias gigantescas. Os prótons ultraenergéticos colidem então com os fótons presentes no jato. Essa interação produz partículas instáveis chamadas píons. No entanto, estes piões desintegram-se quase imediatamente: alguns dão origem a raios gama, outros a neutrinos. É assim que os blazares poderiam atuar como verdadeiras fábricas cósmicas de neutrinos.
O que é um neutrino?
O neutrino é uma das partículas mais misteriosas da física. Predito em 1930 pelo físico Wolfgang Pauli e detectado pela primeira vez em 1956, pertence à família dos leptons, assim como o elétron. Mas, ao contrário deste último, não possui carga elétrica e sua massa é extremamente baixa. A particularidade do neutrino é sobretudo a sua extraordinária discrição: muito raramente interage com a matéria. A cada segundo, bilhões de neutrinos passam pelo nosso corpo sem deixar vestígios. A maioria vem do Sol, outros são produzidos em reações nucleares, explosões estelares ou colisões de raios cósmicos na atmosfera.
Neutrinos muito poderosos e muito raros
Para testar esta ideia, os investigadores primeiro modelaram a emissão de neutrinos e raios gama de um blazar típico, antes de extrapolarem os seus resultados para todos os blazares do Universo. O seu objetivo: determinar se estes objetos podem produzir neutrinos de várias centenas de petaelétron-volts — e especialmente se este cenário permanece compatível com as observações feitas pelos vários detectores de neutrinos e raios gama. Com um fato estranho: até o momento, apenas um neutrino com essa energia foi detectado.
Se os blazares são numerosos no Universo e capazes de produzir estes super-neutrinos, porque é que estas partículas são tão raramente observadas? A resposta reside num delicado equilíbrio entre a potência destas fontes de neutrinos e a ainda limitada sensibilidade dos detectores. Os investigadores calcularam, portanto, o fluxo de neutrinos que todos os blazares do Universo deveriam produzir. Em seguida, estimaram quantas dessas partículas ultraenergéticas deveriam chegar à Terra — e com que frequência um instrumento como o KM3NeT ou o IceCube, o gigantesco detector de neutrinos enterrado no gelo da Antártica, deveria detectar uma.
Um mensageiro de ambientes extremos
Os seus resultados mostram que os blazares podem muito bem produzir neutrinos que atingem várias centenas de petaelétron-volts, mas o fluxo esperado nestas energias é extremamente baixo. A probabilidade de um destes neutrinos chegar à Terra e ser detectado seria, portanto, extremamente baixa, mas não impossível. Daí a detecção única de 2023. Se esta hipótese for confirmada, os blazares poderão muito bem estar entre os aceleradores de partículas mais poderosos do cosmos.