Rastrean una misteriosa «partícula fantasma» hasta una remota galaxia en los confines del universo

Un equipo internacional de astrónomos ha logrado un hito histórico al identificar la fuente probable de un neutrino de alta energía, una de las partículas más enigmáticas del cosmos. El origen apunta a una galaxia extremadamente brillante apodada «Shadow Blaster» (‘Destructora de Sombras’), ubicada a unos 11.000 millones de años luz de la Tierra.

Crédito: Observatorio Internacional Gemini/NOIRLab/NSF/AURA/ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)

Los neutrinos son conocidos en la comunidad científica como «partículas fantasma» debido a que no tienen carga eléctrica, poseen una masa casi nula y apenas interactúan con la materia ordinaria, lo que les permite atravesar planetas enteros sin dejar rastro. Aunque son los elementos con masa más abundantes del universo, descubrir su procedencia exacta ha sido uno de los mayores desafíos de la astronomía moderna.

Impacto en la Antártida

El hallazgo, publicado en la revista Nature Astronomy, comenzó con una alerta emitida en 2021 por el Observatorio de Neutrinos IceCube en la Antártida. Tras registrar el impacto de una partícula de enorme energía, bautizada como IC 210922A, los científicos determinaron que esta provenía de una región del espacio en dirección a la constelación de Eridanus, lo que activó de inmediato observaciones con telescopios de todo el mundo para intentar captar algún destello complementario en la zona.

Aunque las búsquedas iniciales en rayos X, luz óptica y rayos gamma no arrojaron resultados, observaciones posteriores con los telescopios JCMT y SMA en Hawái descubrieron la presencia de Shadow Blaster en esa misma dirección. Para desentrañar sus secretos, los científicos recurrieron al telescopio Gemini Norte y al observatorio ALMA, descubriendo que la galaxia se encuentra perfectamente alineada detrás de una potente lente gravitacional, un fenómeno cósmico que actúa como una lupa natural.

Esta infografía muestra cómo funciona el efecto de lente gravitacional: cuando una galaxia muy masiva en primer plano curva el espacio-tiempo, actuando como una lupa cósmica que amplifica y distorsiona la imagen de una galaxia más lejana situada detrás de ella. Crédito: Observatorio Internacional Gemini/NOIRLab/NSF/AURA/ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/R. Proctor.

Yuji Urata, líder del estudio y científico de MITOS Science en Taiwán, explicó la importancia de la tecnología empleada: «Los datos combinados de los instrumentos GMOS y GNIRS nos ayudaron a medir la distancia a la galaxia que actúa como lente y a determinar que se trata de una galaxia elíptica masiva. Esta información fue crucial para estimar la distribución de masa y construir un modelo preciso de la lente gravitacional».

Acelerador de partículas cósmico

Al reconstruir la imagen amplificada por este efecto óptico, los astrónomos descubrieron que el núcleo de Shadow Blaster está repleto de gas y polvo, y que genera estrellas a un ritmo frenético. A diferencia de otras fuentes conocidas, esta galaxia no muestra signos de albergar un agujero negro supermasivo activo, lo que demuestra que los brotes violentos de formación estelar son capaces de actuar por sí solos como aceleradores naturales de partículas.

El efecto de lente gravitacional ocurre cuando una galaxia muy masiva en primer plano curva el espacio-tiempo, actuando como una lupa cósmica que amplifica y distorsiona la imagen de una galaxia más lejana situada detrás de ella. En este caso, la galaxia roja en primer plano curva la luz de la galaxia más distante, Shadow Blaster, creando múltiples imágenes distorsionadas de esta última que aquí se aprecian como arcos amarillos. Crédito: NOIRLab/NSF/AURA/ALMA (ESO/NAOJ/NRAO).

Martin Still, director de programa de la Fundación Nacional de Ciencias de Estados Unidos, destacó el valor de este enfoque colaborativo: «Este avance demuestra cómo los detectores de partículas y los telescopios potencian su impacto al trabajar en conjunto, abriendo una ventana multimensajero hacia el cosmos. Al combinar señales de partículas y luz, los científicos pueden explorar entornos y eventos distantes con un nivel de detalle sin precedentes, revelando fenómenos que antes solo existían en la teoría».

Resolviendo un enigma

Hace unos 10.000 millones de años, el universo estaba poblado por galaxias similares a Shadow Blaster. Sin embargo, confirmar la relación directa entre un neutrino de esta clase y una estructura tan lejana siempre había sido una misión casi imposible debido a que suelen estar profundamente ocultas tras densas capas de polvo cósmico.

«Shadow Blaster posee el tipo de entorno denso y rico en gas que los modelos teóricos han sugerido durante mucho tiempo como un escenario eficiente para producir neutrinos de alta energía», afirmó Urata. El investigador añadió que, «de confirmarse, Shadow Blaster se convertirá en la primera galaxia polvorienta con formación estelar activa vinculada directamente a un evento de neutrino de alta energía».

Este tipo de galaxias compactas podrían ser la pieza que faltaba para resolver el enigma del fondo cósmico de neutrinos. Según las estimaciones del equipo, esta población de galaxias distantes podría ser responsable de una parte muy significativa de las señales captadas en nuestro planeta. «Nuestro análisis sugiere que esta población podría aportar cerca del 20 % del fondo difuso de neutrinos medido por IceCube», concluyó Urata.

Fuente: NOIRLab. Edición: MP.