În 2019 un neutrin cu energie foarte mare a fost măsurat în Antarctica. Cum direcția din care provenea era spre o gaură neagră care a înghițit o stea, cercetătorii au bănuit că acest neutrin a fost generat în urma acestui proces.

Totuși, calcule și observații recente arată cum că evenimentul TDE AT2019dsg nu ar putea fi cel care a generat neutrinul – prea puțină energie se formează în acest proces pentru a genera neutrini atât de energetici.

 Ce sunt neutrinii?

Neutrinii sunt particule elementare din cadrul Modelului Standard al fizicii particulelor elementare care sunt implicate în interacțiunea nucleară slabă. Nu au sarcină electrică, însă au masă – foarte mică, atât de mică încât nu am reușit să o măsurăm până acum. Sunt de trei tipuri: neutrini electronici, muonici și tauonici.

Mulți neutrini sunt produși în stele în reacțiile nucleare care au loc în acestea; alți neutrini iau naștere în explozii de supernova. Pe Pământ sunt produși de exemplu la reactoarele nucleare sau în interiorul Pământului, în reacții nucleare ale uraniului, de exemplu. Se crede că neutrinii ar putea să fie produși inclusiv atunci când o gaură neagră înghite o stea – un proces extrem de spectaculos, care produce o cantitate extrem de mare de energie.

 Un neutrin cu energie extremă  

În 2019 un neutrin cu energie extrem de mare, numit IceCube-191001A, a fost măsurat de experimentul IceCube Neutrino Observatory instalat la Polul Sud. Acest experiment măsoară procese care au loc atunci când neutrini cu energii extreme traversează gheață unde sunt instalate mii de detectoare, generând particule care pot fi măsurate și ne ajută să măsurăm energia acestor neutrini. De-a lungul anilor au fost măsurați mai mulți neutrini cu energii foarte mari care vin din spațiu; se încearcă să se descopere procesele care au dat naștere  acestor neutrini.

Ei bine, IceCube măsura acest neutrin la 6 luni după ce fusese observată înghițirea unei stele de către o gaură neagră masivă, cu masa de circa 30 milioane de ori ce a Soarelui: așa-numitul eveniment de perturbare mareică, care avea la baza o gaură neagră la 750 milioane ani lumina față de noi și care înghițea o stea, TDE AT2019dsg, descoperit în aprilie de către Zwicky Transient Facility. Neutrinul părea să vină din aceeași direcție și cercetătorii au presupus că ar fi fost generat tocmai în acest proces.

Gaura neagră înghite o stea printr-un efect asemănător cu o maree – deci nu dintr-o dată, ci dezantegrând-o, cu particule și fragmente care orbitează la viteze din ce în ce mai mari în jurul găurii negre parte din acestea căpătând energie și reușind să „fugă” – nefiind înghițite de gaura neagră. Se bănuia că aceste particule cu energie foarte mare ar fi putut genera inclusiv neutrini precum cel măsurat de IceCube.

 Totuși, neutrinul IceCube nu pare să fie generat de TDE AT2019dsg

Cu ajutorul instrumentelor Very Large Array în New Mexico și Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) în Chile, au fost făcute măsurători pe o durata de 500 de zile după ce a fost observat evenimentul TDE AT2019dsg. Măsurători în unde radio arată că maximul de intensitate era circa 200 de zile după prima observație. A fost astfel calculată energia totală generată în acest proces, care este echivalentă cu energia emanată de Soare în 30 milioane de ani de activitate. Chiar dacă este enormă, nu ajunge însă să explice neutrinul observat de IceCube, care ar avea nevoie de o energie de 1000 de ori mai mare. Se pare deci că neutrinul nu a fost generat de gaura neagră care înghițea steaua!

De unde provine neutrinul?

Sursa neutrinului IceCube-191001A rămâne încă un mister. Dacă totuși ar proveni de la gaura neagră observată, ar însemna că nu am înțeles încă bine procesele care au loc atunci când o gaură neagră masivă înghite o stea. S-ar putea însă că pur și simplu neutrinul să provină de la o altă sursă care trebuie încă descoperită

Articol scris de Cătălina Oana Curceanu, prim cercetător în domeniul fizicii particulelor elementare și al fizicii nucleare, Laboratori Nazionali di Frascati, Istituto Nazionale di Fisică Nucleare (Roma, Italia) și colaborator al Scientia