Después de los fotones, los neutrinos representan las partículas más comunes del Universo, las más pequeñas y también las más desconocidas. Ahora el IceCube (cubo de hielo, en inglés), un observatorio para detectar neutrinos desde el Polo Sur, podría desvelarnos una nueva física.

La primera predicción de la existencia del neutrino se remonta al año 1930 por mano del físico teórico Wolfgang Pauli. Mientras trabajaba en experimentos de radiación, se dio cuenta de que para que se cumplieran las leyes de la física establecidas hacía falta otro tipo de partícula distinta a las conocidas hasta el momento, una partícula tímida que debía estar escondiéndose de los detectores y que había conseguido pasar desapercibida hasta entonces. Tres años más tarde, el italiano Enrico Fermi incluyó la partícula predicha por Pauli en sus teorías sobre radiación y fue así capaz de explicar muchos de los experimentos que hasta el momento habían fallado.

Fermi bautizó a la partícula con el nombre de ‘neutrino’, que es el equivalente italiano a ‘neutroncito’ ya que se trata de una partícula pequeña y neutra, es decir que a diferencia de otras partículas como el electrón, no tiene carga eléctrica. Varios años y experimentos más tarde se descubrió que, en realidad, existen tres familias de neutrinos, también llamadas sabores: los neutrinos electrónicos, los neutrinos tauónicos y los neutrinos muónicos. Actualmente sabemos que los neutrinos se crean en aquellos reactores de fusión nuclear ideales que son los núcleos de las estrellas como el Sol y en una variedad de otros objetos del Cosmos.

Debido a su naturaleza eléctricamente neutra, la trayectoria de un neutrino siempre se desarrolla en línea recta, pues no los campos magnéticos que permean el espacio no afectan su movimiento. Sin embargo, el frío del continente antártico crea un medio natural ideal para la detección de estas partículas de alta energía. A una profundidad de 1.5 kilómetros bajo la superficie del Polo Sur, el peso de las capas superiores de hielo mantiene las más profundas con una composición casi pura, impidiendo la formación de burbujas de aire en los intersticios. En estas profundidades oscuras y al mismo tiempo transparentes, el choque entre un neutrino en movimiento rápido y un átomo de oxígeno contenido en el hielo podría generar un leve destello de luz, como manifestación de la producción de un muón.

Éste es en la práctica el objetivo del proyecto IceCube, un sensor óptico del tamaño de una pelota de baloncesto costado alrededor de 271 millones de dólares y que cada verano antártico es colocado a una profundidad de 2.5 km bajo el hielo. Lo más curioso es que para crear este canal hacia abajo, los investigadores utilizan un chorro de agua muy caliente, perforando el hielo y creando agujeros de algunos kilómetros de longitud a través de los cuales hacen descender los detectores.

Desde su lanzamiento en 2005, el equipo que lidera el proyecto se ha ido dando cuenta de que Ice Cube también podría arrojar luz sobre una amplia gama de cuestiones físicas aún por resolver, yendo incluso más allá de la información que puede ser obtenida a través del estudio de los fotones. Un ejemplo sería el hallazgo de la fuente de los rayos de ultra-alta energía cósmica (UHECRs, por sus siglas en inglés), una clase poco conocida de partículas que transportan miles de millones de veces la energía alcanzable en los actuales aceleradores de partículas terrestre. Los candidatos para la producción de las UHECRs podrían ser los núcleos galácticos activos (o Active Galactic Nuclei) y los brotes de rayos gamma (o Gamma-ray Bursts), tras la acreción de masa por parte de un agujero negro.

Además, según los expertos IceCube también podría ayudar a desvelar la naturaleza de la materia oscura, un componente invisible del universo que podría estar formada por uno o más tipos de partículas de interacción débil (WIMPs, por sus siglas en inglés).

Las expectativas son muy altas. No nos queda que esperar que la predicción de Eli Waxman del Instituto de Ciencias Weizmann de Rehovot (Israel) aparecida el mes pasado en un editorial del Nature, según la cual Ice Cube nos proporcionará una nueva manera de mirar el universo, se materialice pronto.

Este post participa en la XVI edición del Carnaval de la Física, albergado este mes por el blog Tecnoloxia.

Photo: ESA/NASA

Los cúmulos representan uno de los componentes más importantes de la estructura del Universo a gran escala puesto que las galaxias, como las estrellas, tienden a juntarse en sistemas múltiples y aglomeraciones, cuyas dimensiones y características varían de caso a caso. Nuestra Galaxia, la Vía Láctea, también forma parte del cúmulo del Grupo Local, compuesto aproximadamente por una treintena de galaxias.

Estudiando el centro de uno de estos grupos de objetos celestes con el telescopio espacial más famoso al mundo, un equipo internacional de astrónomos ha identificado 29 galaxias enanas, 17 de las cuales nunca habían sido observado antes. Sin embargo, lo más sorprendente de este descubrimiento ha sido que esta población de pequeñas galaxias parece no haber sufrido ningún tipo de alteración en el curso de su evolución, mientras otras han sido destruidas por los “tirones” gravitatorios causados por galaxias cercanas.

“Nos sorprendió mucho encontrar tantas galaxias enanas en el núcleo central de un cúmulo”, afirma el astrónomo Christopher Conselice de la Universidad de Nottingham, Reino Unido, y líder del grupo que ha realizado las observaciones con Hubble. “Además todas presentan un aspecto bastante esferoidal, lo cual demuestra que ninguna de ellas ha sufrido disturbio alguno a lo largo de su evolución”.

Según la teoría, efectivamente, la acción gravitatoria de las galaxias masivas normalmente hace imposible la presencia de las más pequeñas en el centro de dichas aglomeraciones. Las enanas son destrozadas por los desequilibrios gravitatorios debidos a la presencia de las más grandes que, posteriormente, las devoran en un verdadero “canibalismo galáctico”. La forma esférica de galaxias enanas del cúmulo de Perseo, por el contrario, sugiere que podrían ser dotadas de una cantidad mucho mayor de materia oscura en comparación, por ejemplo, a las espirales, de las cuales la Vía Láctea es un ejemplar típico.

Las imágenes de Hubble proporcionarían así la prueba de que las galaxias que no padecen el efecto de las más masivas están protegidas por un “escudo” de materia oscura que les confiere este aspecto esferoidal y es capaz de defenderlas de las galaxias “caníbales”, garantizando su supervivencia.