O veredito saiu: o sinal de um neutrino cósmico que atingiu a Terra com uma energia sem precedentes não foi falha nem erro. Trata-se, de fato, de uma detecção de uma partícula real.
Detecção recorde do KM3NeT no Mediterrâneo
Em fevereiro de 2023, o KM3NeT, um detector instalado nas profundezas do mar Mediterrâneo, registou um evento que apontava para um neutrino com energia recorde de 220 petaelétron-volts (PeV). Para comparação, o maior valor reportado anteriormente chegava a apenas 10 PeV.
Depois, uma análise minuciosa de todos os dados ligados ao episódio - identificado como KM3-230213A - não só reforçou a interpretação de que o sinal foi provocado por um neutrino de 220 PeV, como também aumentou a dúvida sobre de onde, afinal, ele veio no Universo.
"Os padrões de luz detectados para KM3-230213A mostram uma correspondência clara com o que se espera de uma partícula relativística atravessando o detector, muito provavelmente um múon, descartando a possibilidade de uma falha", disse a Colaboração KM3NeT ao ScienceAlert.
"Graças à energia e à direção reconstruídas desse múon, o cenário mais provável, de longe, é que o múon tenha se originado na interação de um neutrino astrofísico nas proximidades do detector, tornando essa a explicação mais natural."
Por que os neutrinos são tão difíceis de detectar
Os neutrinos são surpreendentemente comuns no Universo - estão entre as partículas mais abundantes - e surgem em situações energéticas, como a fusão nas estrelas ou explosões de supernovas. Ainda assim, eles não têm carga elétrica, a massa é quase nula e interagem pouquíssimo com outras partículas no caminho.
Neste exato momento, centenas de bilhões de neutrinos atravessam o seu corpo e seguem adiante como se nada estivesse no caminho. Por isso, ganharam o apelido carinhoso de partículas-fantasma.
Esse "jeito esquivo" cria um problema óbvio: torna os neutrinos quase impossíveis de observar. De vez em quando, porém, um neutrino colide com outra partícula e desencadeia um pequeno chuveiro de partículas, como múons e fótons - isto é, partículas de luz. O resultado é um brilho muito fraco, mas que pode ser captado pelo equipamento certo.
É exatamente para isso que existe o KM3NeT. O conjunto de sensores fica submerso a 3.450 metros abaixo da superfície do mar, uma profundidade onde a luz do Sol não chega. Nesse escuro total, eventos envolvendo neutrinos podem aparecer como minúsculos faróis.
Foi assim que o KM3-230213A entrou no radar - e, embora o anúncio inicial já tivesse chamado atenção, persistia alguma incerteza: outros observatórios, em funcionamento há bem mais tempo, não tinham chegado perto de registrar algo tão energético.
O que a nova análise diz sobre o evento KM3-230213A
"Dado que outros experimentos, IceCube e Auger em particular, vêm operando há mais de uma década e já realizaram buscas por neutrinos de energia ultra-alta, mas não detectaram nenhum até agora, investigamos a probabilidade de que o neutrino observado pelo KM3NeT seja o primeiro desse tipo observado", explicou a Colaboração KM3Net.
"Descobrimos que, apesar de ser uma chance relativamente baixa de acontecer - aproximadamente 1 em 100 - é possível que o único evento visto até agora esteja no KM3NeT e não no IceCube e no Pierre Auger; portanto, as três medições não entram em conflito."
Os pesquisadores também analisaram como o KM3-230213A se encaixa no panorama mais amplo dos neutrinos: quantos neutrinos atravessam o Universo e como as energias se distribuem. Ao incluir o neutrino de 220 PeV, os modelos passam a gerar previsões mais consistentes para o comportamento dos neutrinos.
Uma nova origem para neutrinos de energia ultra-alta?
Por fim - e talvez a parte mais intrigante - o estudo avaliou se o KM3-230213A sugere a existência de um novo componente ou processo capaz de produzir neutrinos de energia ultra-alta, em contraste com os mecanismos relativamente bem compreendidos por trás dos demais neutrinos observados até hoje.
"Isso é relevante porque se espera que um novo componente assim apareça em energias ultra-altas, por causa dos 'neutrinos cosmógenos', que são neutrinos produzidos pela interação de raios cósmicos com o fundo cósmico de micro-ondas, a primeira luz observável do Universo emitida há cerca de 13,8 bilhões de anos", afirmou a Colaboração.
"Alternativamente, um novo componente pode se dever a uma nova população de objetos astrofísicos emitindo neutrinos de energia ultra-alta."
Ainda assim, a investigação não conseguiu cravar se esse tal componente novo existe ou não. Entre as origens possíveis, continuam opções como a ejeção a partir do ambiente extremo de um centro galáctico, os surtos de raios gama liberados por estrelas em explosão, ou uma interação com o fundo cósmico de micro-ondas.
Uma conclusão, porém, parece ganhar força: é muito, muito improvável que esse neutrino tenha nascido dentro da Via Láctea. Portanto, seja qual for a fonte, o KM3-230213A teria surgido em algum lugar extremo e muito distante. Agora, os trabalhos seguem para refinar a trajetória do neutrino e, com isso, tentar aproximar a localização do ponto de origem - o que indica que ainda não ouvimos a última palavra sobre o KM3-230213A.
"KM3-230213A abriu uma nova janela para a astronomia de neutrinos de energia ultra-alta", disse a Colaboração.
"Nossa análise é o primeiro esforço para combinar as observações de múltiplos telescópios em uma ampla faixa de energia para caracterizar o espectro de energia ultra-alta. Isso representa nossa melhor chance de obter conhecimento sobre os objetos mais extremos que povoam nosso Universo."
O artigo foi publicado na Physical Review X.
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