As fontes dos neutrinos cósmicos de alta energia que são detectados pelo Observatório de Neutrinos IceCube enterrado no gelo da Antártida pode estar oculta a partir de observações de raios gama de alta energia, uma nova pesquisa revela. Esses neutrinos cósmicos de alta energia, que são susceptíveis de vir de fora do nosso Via Láctea, podem ser originários de objetos extremamente densos e poderosos no espaço que impedem a fuga dos raios gama de alta energia que acompanham a produção de neutrinos.
"Neutrinos são uma das partículas fundamentais que compõem o nosso universo", disse Kohta Murase, professor assistente de física e de astronomia e astrofísica na Universidade Penn State e autora correspondente dos estudos. "Neutrinos de alta energia são produzidos juntamente com raios gama pelo extremamente radiação de alta energia conhecidas como raios cósmicos em objetos como galáxias formadoras de estrelas, aglomerados de galáxias, buracos negros supermassivos, ou explosões de raios gama. É importante para revelar a origem do esses neutrinos cósmicos de alta energia, a fim de compreender melhor os mecanismos físicos subjacentes que produzem neutrinos e outras extremamente Astropartículas de alta energia e para permitir o uso de neutrinos como novas sondas de física de partículas no universo. "
Neutrinos são partículas neutras, para que eles não são afetados por forças eletromagnéticas como eles viajam através do espaço.Neutrinos detectados aqui na Terra, portanto, traçar um caminho direto de volta para suas fontes astrofísicas distantes. Além disso, esses neutrinos raramente interagem com outros tipos de matéria - muitos passam diretamente através da Terra sem interagir com outras partículas - o que os torna extremamente difícil de detectar, mas garantindo que eles escapam os ambientes incrivelmente densas em que são produzidos.
Os neutrinos cósmicos de alta energia detectados pelo IceCube Acredita-se que se originam a partir de interações de raios cósmicos com a matéria (interações próton-próton); a partir de interações de raios cósmicos com radiação (interações próton-fótons); ou a partir da deterioração ou destruição de pesado, invisível "matéria escura".
Porque estes processos geram ambos os neutrinos de alta energia e raios gama de alta energia, os cientistas compararam os dados IceCube neutrinos aos raios gama de alta energia detectados pelo Telescópio Espacial de Raios Gama Fermi.
"Se todos os raios gama de alta energia são permitidos para escapar das fontes de neutrinos, que se esperava para encontrar correspondente dados de IceCube e Fermi", disse Murase. Em trabalhos anteriores, incluindo um que foi apresentado como uma sugestão editorial na Physical Review Letters em 2015, Murase e seus colegas mostraram o poder de uma comparação tão "multi-mensageiro". Agora, os pesquisadores sugerem que os novos dados de neutrinos recolhidos por IceCube levou a contradições intrigantes com os dados de raios gama recolhidos pelo Fermi.
"Usando cálculos sofisticados e uma comparação detalhada dos dados IceCube com os dados de raios gama do Fermi levou a implicações novas e interessantes para as fontes de neutrinos cósmicos de alta energia", disse Murase. "Surpreendentemente, com os dados mais recentes IceCube, não vemos combinando dados de raios gama de alta energia detectados pelo Fermi, o que sugere uma origem" acelerador escondida "de neutrinos cósmicos de alta energia que Fermi não detectados."
A imagem abaixo mostra um dos eventos de neutrinos mais alto de energia já detectado sobrepostas em uma vista do IceCube Lab no Pólo Sul.
A fim de explicar os dados multi-mensageiro sem nenhuma das contradições intrigantes, os cientistas propõem que os raios gama de alta energia deve ser impedido de escapar das fontes que os criaram. Os pesquisadores, então, pediu que tipos de eventos astrofísicos poderia produzir neutrinos de alta energia, mas também poderia suprimir os raios gama de alta energia detectáveis pelo Fermi. "Curiosamente, descobrimos que que a supressão dos raios gama de alta energia deve ocorrer naturalmente quando neutrinos são produzidos através de interações próton-fotão", disse Murase. Os fótons de baixa energia que interagem com os prótons para produzir neutrinos nestes eventos, simultaneamente, evitar que os raios gama de alta energia de escapar através de um processo chamado "de dois fótons de aniquilação." A nova descoberta implica que a quantidade de raios gama de alta energia associados com os neutrinos que chegam à terra pode ser facilmente abaixo do nível detectável por Fermi.
De acordo com os investigadores, os resultados implicam que os neutrinos cósmicos de alta energia pode ser utilizado como sondas especiais de ambientes astrofísicos densa que não pode ser visto em raios gama de alta energia. fontes de candidatos incluem buracos negros supermassivos e certos tipos de explosões de raios gama. Os resultados também motivar novos estudos teóricos e observacionais, tais como o uso de raios gama de baixa energia ou raios X para ajudar os cientistas a compreender a origem de neutrinos de alta energia e raios cósmicos.
"A próxima década será uma era de ouro para multi-mensageiro astrofísica de partículas com neutrinos de alta energia detectados em IceCube, bem como ondas gravitacionais detectados com o avançado-LIGO", disse Murase. "Nosso trabalho demonstra que as abordagens multi-mensageiro são de fato muito poderosas ferramentas para sondar questões fundamentais da astrofísica de partículas. Eu acredito que o futuro é brilhante e que será capaz de encontrar fontes de neutrinos e raios cósmicos, provavelmente com outras novas descobertas surpreendentes . "
O Galaxy diário via Penn State University
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