Neutrinii ar putea dezvălui cât de repede sunt lansate exploziile radio

Timp de peste un deceniu, astronomii s-au nedumerit cu privire la originile exploziilor radio rapide, explozii scurte de unde radio care provin în principal din galaxii îndepărtate. În aceeași perioadă, oamenii de știință au detectat și neutrini de înaltă energie, particule fantomatice din afara Căii Lactee ale căror origini sunt, de asemenea, necunoscute.

O nouă teorie sugerează că cele două semnale enigmatice ar putea proveni dintr-o singură sursă cosmică: stele de neutroni foarte active și magnetizate numite magnetari. Dacă este adevărat, aceasta ar putea completa detaliile cu privire la cât de repede apar exploziile radio sau FRB. Cu toate acestea, găsirea „pistolului fumegător” – prinderea simultană a unui neutrin și a unei explozii radio de la același magnetar – va fi o provocare, deoarece astfel de neutrini ar fi rari și greu de găsit, spune astrofizicianul Brian Metzger de la Universitatea Columbia. El și colegii săi au descris ideea într-un studiu postat pe 1 septembrie pe arXiv.org.

Chiar și așa, „această lucrare oferă o posibilă legătură între ceea ce cred că sunt două dintre cele mai interesante mistere din astrofizică”, spune astrofizicianul Justin Vandenbroucke de la Universitatea din Wisconsin-Madison, care vânează neutrini, dar nu a fost implicat în noua lucrare.

Au fost detectate peste 100 de explozii radio rapide, dar cele mai multe sunt prea departe pentru ca astronomii să vadă ce determină exploziile de energie. Au fost dezbătute zeci de explicații posibile, de la coliziuni stelare la găuri negre supermasive la cadavre stelare în rotație numite pulsari până la pulsari care orbitează în jurul găurilor negre (SN: 1/10/18). Unii astronomi au invocat chiar semnale de la extratereștri.

Dar în ultimii câțiva ani, magnetarii au apărut ca un concurenți de top. „Nu știm care sunt motoarele exploziilor radio rapide, dar există o încredere din ce în ce mai mare că o parte din ele provine de la magnetarele declanșate”, spune Metzger.

Această încredere a primit un impuls în aprilie, când astronomii au detectat prima explozie radio venind din interiorul galaxiei Calea Lactee (SN: 04/06/2020). Explozia a fost suficient de aproape – la aproximativ 30.000 de ani lumină distanță – încât astronomii au putut să o urmărească până la un magnetar tânăr și activ numit SGR 1935+2154. „Este într-adevăr ca o piatră Rosetta pentru înțelegerea FRB”, spune Vandenbroucke.

Există mai multe moduri prin care magnetarele ar putea emite exploziile, spune Metzger. Explozia de unde radio ar putea veni de aproape de suprafața stelei neutronice, de exemplu. Sau undele de șoc produse după ce magnetarul a erupt o erupție energetică, similară cu cele emise de soare, ar putea crea unde radio.

Doar acele unde de șoc ar produce neutrini și explozii radio rapide în același timp, spune Metzger. Iată cum: Unii magnetare emit fulgere în mod repetat, îmbogățindu-și împrejurimile cu particule încărcate. În mod crucial, fiecare erupție ar excava niște protoni de pe suprafața stelei neutronice. Alte situații ar putea da unui magnetar un halou de electroni, dar protonii ar proveni doar din magnetarul însuși. Dacă magnetarul are un halou de electroni, adăugarea de protoni la amestec stabilește scena pentru doza dublă de fenomene cosmice.

Pe măsură ce următoarea erupție intră în protonii eliberați de erupția anterioară, ar accelera protonii și electronii în aceeași direcție la aceleași viteze. Acest „dans ordonat” al electronilor ar putea da naștere unei explozii radio rapide prin conversia energiei mișcării electronilor în unde radio, spune Metzger. Și protonii ar putea trece printr-o reacție în lanț care are ca rezultat un singur neutrin de înaltă energie per proton.

Împreună cu astrofizicienii Ke Fang de la Universitatea Stanford și Ben Margalit de la Universitatea din California, Berkeley, Metzger a calculat energiile oricăror neutrini care ar fi fost produși de explozia radio rapidă observată în aprilie. Echipa a descoperit că acele energii se potriveau cu cele care ar putea fi detectate de observatorul de neutrini IceCube din Antarctica.

Dar IceCube nu a detectat niciun neutrino de la acel magnetar în aprilie, spune Vandenbroucke, care a căutat semne de neutrini din exploziile radio rapide în datele IceCube din 2016. Totuși, nu este surprinzător. Deoarece neutrinii de la FRB sunt de așteptat să fie rari, detectarea oricăruia va fi o provocare și, probabil, ar necesita o erupție magnetar deosebit de strălucitoare pentru a fi îndreptată direct spre Pământ.


De la astronomie la zoologie

Abonați-vă la Știri Științe pentru a vă satisface apetitul omnivor pentru cunoașterea universală.

Abonati-va

Vandenbroucke a făcut pariuri cu studenții săi pe alte aspecte ale cercetării lor, dar el spune că nu va pune bani pentru a vedea dacă va vedea un neutrino dintr-o explozie radio rapidă în timpul vieții sale. „Există prea multă incertitudine”, spune el.

Totuși, el este optimist. „Chiar și detectarea unui neutrin dintr-unul [fast radio burst] ar fi o descoperire și ar fi nevoie doar de un singur FRB norocos pentru a produce un neutrin detectabil”, spune el.