Telescopios submarinos de neutrinos para la astronomía multimensajero

 Ilustración de los módulos ópticos (de unos 30 cm cada uno) del detector KM3NeT de neutrionos, con una unidad de detección en la boya amarilla. (Foto: © Edward Berbee/Nikhef)

Los neutrinos son partículas bastante raras, y no es porque haya pocas: son la segunda partícula más abundante del universo. De hecho, cada segundo atraviesan nuestro cuerpo billones de neutrinos producidos en el Sol, incluso de noche. Decimos que son raras justamente porque pueden atravesarnos, cruzar la Tierra y seguir su camino intactas.

Esta propiedad es lo que ha hecho que cientos de científicos e ingenieros de todo el mundo hayan trabajado durante años para construir y operar telescopios gigantescos que permitan estudiar el cosmos con este tipo de partículas. Estos telescopios también son ‘raros’. Su funcionamiento se basa en detectar una luz azulada (denominada luz Cherkenkov) que se emite cuando un neutrino interacciona cerca del detector y produce otras partículas.

Los telescopios de neutrinos consisten en una red de cientos o miles de detectores de luz encapsulados en esferas de cristal de tamaño de un balón de playa e instalados en el fondo del mar o en el hielo antártico. Este último es el caso de IceCube, localizado en la Antártida, que acaba de publicar la detección de neutrinos provenientes del blazar TXS 0506+056.

Un blazar es un caso particular de galaxia de núcleo activo (AGN, por sus siglas en inglés), es decir, galaxias en las que existe un agujero negro con una masa millones de veces mayor que la del Sol sobre la que cae materia a gran velocidad.

Las AGN son uno de los candidatos favoritos de los astrofísicos para explicar uno de los misterios más longevos en Física: ¿Cuál es el origen de los rayos cósmicos de gran energía que observamos? Por tanto, el descubrimiento tiene gran importancia y trascendencia, como fue subrayado en la rueda de prensa donde se presentó.

Además de arrojar luz sobre la cuestión del origen de los rayos cósmicos, confirma que estamos en una nueva era en la observación del cielo. En los últimos dos años hemos asistido al nacimiento de la astronomía de multimensajeros. La reciente observación de ondas gravitacionales y la identificación de la primera fuente de neutrinos cósmicos de alta energía nos van a permitir tener una comprensión mucho más completa del universo.

El nuevo descubrimiento tiene detrás un esfuerzo enorme para construir un detector que abarca un kilómetro cúbico enterrado a 2.000 metros bajo la superficie del Polo Sur. Tuve la suerte de participar como miembro de esta colaboración durante una estancia postdoctoral de dos años en la Universidad de Madison-Wisconsin (la institución estadounidense que lidera la colaboración internacional IceCube), bajo la dirección de Francis Halzen, investigador principal del proyecto.

Mi labor estuvo centrada en el análisis de las prestaciones esperadas para este detector y allí pude comprobar de cerca la rigurosidad de las pruebas de calidad de todos los elementos y el altísimo de nivel de organización logística, que han hecho posible instalar y operar exitosamente este detector en un ambiente tan extremo como la Antártida.

Pero hay que recordar que actualmente existen dos proyectos en el mar Mediterráneo dedicados también a buscar neutrinos cósmicos: ANTARES y KM3NeT, en los que participan grupos españoles (el Instituto de Física Corpuscular o IFIC, la Universidad Politécnica de Valencia y la Universidad de Granada).

ANTARES lleva tomando datos desde 2007. Es bastante más pequeño que IceCube (en una proporción 1:50), pero ha demostrado la viabilidad de su técnica en el fondo del mar, con importantes ventajas respecto al hielo. En particular, se observa como la luz se dispersa menos en el agua y una mejor resolución angular, algo crucial en un telescopio para identificar bien de dónde vienen los neutrinos.

Esto ha impulsado el siguiente paso: construir un detector del tamaño de IceCube en el Mediterráneo. Se llama KM3NeT (Cubic Kilometre Neutrino Telescope) y ya se han comenzado a instalar sus primeras líneas. En 2020 contará con un centenar de líneas cerca de la costa francesa y otro centenar al sur de Italia.

Es interesante señalar que hay una cooperación bastante cercana entre estos dos experimentos del Mediterráneo y IceCube, incluyendo reuniones anuales conjuntas. De hecho, ANTARES fue una de las colaboraciones científicas que recibió la alerta e información previa sobre el blazar TXS 0506+056, lo que nos ha permitido estudiar si había una señal de esa fuente en nuestros datos.

Los telescopios de neutrinos como ANTARES y KM3NeT también están centrados en uno de los grandes retos de la física de partículas actual: la búsqueda de materia oscura. Sabemos que la materia oscura constituye el 80% de la materia del universo, pero no está hecha de ningún tipo de partícula que conozcamos. Precisamente porque no sabemos de qué está constituida, necesitamos abordar la búsqueda mediante diversas técnicas experimentales, y los telescopios de neutrinos ofrecen ventajas específicas.

En nuestro caso, las fuentes más prometedoras son el Sol y el centro galáctico. La idea es que las partículas de materia oscura se acumulan en estos objetos astrofísicos, y cuando chocan entre ellas producen diversas partículas, entre ellas neutrinos. Ya se han realizado análisis con datos de ANTARES, pero hasta ahora no se han encontrado las señales que buscamos. La construcción de KM3NeT mejorará notablemente nuestra capacidad para estas búsquedas, de manera que quizá en los próximos años podamos desentrañar este misterio. 

Fuente: http://elblogantares.blogspot.com/2018/07/telescopios-submarinos-de-neutrinos.html

Encuentran pruebas de la descomposición en quarks del bosón de Higgs

CONOCIMIENTO

Científicos de la Universidad de Friburgo han descubierto que la partícula elemental más famosa, el bosón de Higgs, se descompone en quarks-b. Lo que lo convierte en uno de los descubrimientos más importantes del año en materia física.

El bosón de Higgs es una partícula elemental de la física cuántica. Su historia comenzó cuando en 1964, un grupo de científicos liderados por Peter Higgs propuso un nuevo modelo físico llamado mecanismo de Higgs. Este sistema lo que proporciona es que una partícula elemental obtenga su masa. Y, para obtener su masa, lo que necesitan estas partículas elementales es al bosón de Higgs. Este revirado lingüístico simplifica de una manera considerable toda la teoría propuesta anteriormente.

Para proseguir su historia necesitamos avanzar hasta 2012. Hasta ese año, la teoría de Higgs era simplemente eso, una teoría, puesto que no se habían encontrado pruebas suficientes de su existencia. Se sabía que debía haber algo, pero era invisible a los ojos de los científicos. Fue en el CERN y en su Colisionador de Hadrones donde en 2012, como hemos dicho, se descubrió esta partícula elemental que tan famosa se ha hecho desde que el Nobel de Física Leon Lederman dijera que era la partícula de Dios.

Colisionador de Hadrones del CERN

En 2018 volvemos a estar de enhorabuena respecto al bosón de Higgs, porque recientemente se ha descubierto que se descompone en quarks. “La fuerte evidencia de que la partícula de Higgs, tal como se predice por la teoría, se descompone en quarks proporciona otra pieza esencial para el rompecabezas acerca de esta partícula”, ha dicho Christian Weiser, quien ha liderado la investigación que pretendía estudiar a fondo el bosón.

Se sabía, casi desde su descubrimiento, que el bosón de Higgs se descomponía en bosones W y Z, fotones y leptones tau. Pero este descubrimiento ha supuesto un avance porque se ha conseguido descomponer la partícula en quarks-b. A partir de ahora, como establece Weiser “el objetivo es demostrar que la decadencia existe más allá de cualquier sombra de duda y, sobre la base de este conocimiento, medir las propiedades de la partícula de Higgs con mayor precisión”.

Fuente: https://blogthinkbig.com/descomposicion-quarks-boson-higgs

Próxima Centauri b

Esta impresión artística muestra una vista de la superficie del planeta Próxima b orbitando la estrella enana roja Próxima Centauri, la estrella más cercana al sistema solar. El planeta Próxima b tal vez pueda albergar vida.
La estrella binaria Alpha Centauri AB también aparece en la imagen en la parte superior derecha de Próxima Centauri.
This artist’s impression shows a view of the surface of the planet Proxima b orbiting the red dwarf star Proxima Centauri, the closest star to the Solar System. The double star Alpha Centauri AB also appears in the image to the upper-right of Proxima itself. Proxima b is a little more massive than the Earth and orbits in the habitable zone around Proxima Centauri, where the temperature is suitable for liquid water to exist on its surface.

Próxima Centauri b o Próxima b ⁵​⁶​ es un exoplaneta que orbita dentro de la zona habitable de la estrella enana roja Próxima Centauri, la estrella más cercana al Sol. Está localizado aproximadamente a 4,2 años luz (1,3 pársecso 4,014 × 10¹³ km) de la Tierra en la constelación de Centaurus. Es el exoplaneta más cercano al sistema solar, así como el exoplaneta potencialmente habitable más cercano que se conoce.

El exoplaneta fue encontrado utilizando el método de velocidad radial, donde movimientos periódicos de líneas espectrales de Doppler de la estrella anfitriona, Próxima Centauri, indicaron que un exoplaneta lo orbitaba. Estas medidas fueron hechas utilizando dos espectrógrafos, el HARPS en Observatorio de La Silla y UVES en el Telescopio Muy Grande de 8 metros.¹​

La probabilidad calculada por el equipo descubridor es de uno en diez millones para un falso positivo. Suficiente para confirmar su existencia.

Próxima Centauri b es un planeta del tamaño de la Tierra, con una masa y radio estimados en un poco más que los de la Tierra. Tiene una temperatura de equilibrio de 234 K (−39 °C; −38 °F). Tiene una masa mínima de 1,27 M_⊕y un radio estimado de 1,1 R_⊕

El planeta orbita una estrella del tipo (M) enana roja llamada Próxima Centauri. La estrella tiene una masa de 0,12 M_☉ y un radio de 0,14 R_☉. Tiene una temperatura de superficie de 3042 K y una edad de 4860 millones de años. En comparación, el Sol tiene 4600 millones de años de edad y una temperatura de superficie de 5778 K.⁷​⁸​ La estrella tiene una luminosidad de 0,155 % de la del Sol.

La magnitud aparente de Próxima desde la Tierra es de 11,13: tan débil que resulta invisible a simple vista incluso con prismáticos pequeños, a pesar de ser la estrella más cercana al Sol.

Próxima b orbita su estrella anfitriona cada 11,186 días en una distancia de aproximadamente 0,05 AU (mucho menor a la distancia orbital del planeta Mercurio, la cual es de 0,38 AU).¹​

Según lo anunciado, el exoplaneta orbita dentro de la zona de habitabilidadde Próxima Centauri, la región del sistema donde, con las condiciones y propiedades atmosféricas correctas, el agua líquida podría existir en la superficie del planeta. Su estrella anfitriona es una enana roja, con alrededor de un décimo de la masa del Sol. Como resultado, estrellas como Próxima Centauri pueden tener la capacidad de existir hasta 3-4 billones de años, 300-400 veces más tiempo de lo que el Sol existirá.⁹​¹​

El planeta está probablemente anclado por marea, con un lado de su hemisferio permanentemente mirando hacia la estrella, mientras que el lado opuesto se encuentra en una eterna oscuridad.¹⁰​ Aun así, entre estas dos áreas intensas podría existir una pequeña zona de habitabilidad llamada la línea del terminador, donde las temperaturas podrían ser adecuadas (aproximadamente 273 K (0 °C; 32 °F)) para que el agua líquida pudiera existir. Además, una porción mayor del planeta podría ser habitable si tuviera una atmósfera lo bastante gruesa para transferir el calor alrededor del planeta.

El descubrimiento del planeta fue hecho por un equipo dirigido por el profesor Guillem Anglada-Escudé de la Universidad Queen Mary de Londres.¹¹​ Se publicó en Nature el 24 de agosto de 2016.

Fuente: https://es.wikipedia.org/wiki/Pr%C3%B3xima_Centauri_b

Laniakea Supercluster

The Laniakea Supercluster (Laniakea; also called Local Supercluster or Local SCl or sometimes Lenakaeia)^[2] is the galaxy supercluster that is home to the Milky Way and approximately 100,000 other nearby galaxies.^[3] It was defined in September 2014, when a group of astronomers including R. Brent Tully of the University of Hawaii, Hélène Courtois of the University of Lyon, Yehuda Hoffman of the Hebrew University of Jerusalem, and Daniel Pomarède of CEA Université Paris-Saclay published a new way of defining superclusters according to the relative velocities of galaxies. The new definition of the local supercluster subsumes the prior defined local supercluster, the Virgo Supercluster, as an appendage.^[4][5][6][7]

Follow-up studies suggest that Laniakea is not gravitationally bound; it will disperse rather than continue to maintain itself as an overdensity relative to surrounding areas.^[8]

The Laniakea Supercluster encompasses approximately 100,000 galaxies stretched out over 160 megaparsecs (520 million light-years). It has the approximate mass of 10¹⁷ solar masses, or a hundred thousand times that of our galaxy, which is almost the same as that of the Horologium Supercluster. It consists of four subparts, which were known previously as separate superclusters:

• Virgo Supercluster, the part in which the Milky Way resides.
• Hydra-Centaurus Supercluster
  • the Great Attractor, Laniakea's central gravitational point near Norma
  • Antlia Wall, known as Hydra Supercluster
  • Centaurus Supercluster
• Pavo-Indus Supercluster
• Southern Supercluster, including Fornax Cluster (S373), Dorado and Eridanusclouds

The most massive galaxy clusters of Laniakea are Virgo, Hydra, Centaurus, Abell 3565, Abell 3574, Abell 3521, Fornax, Eridanus and Norma. The entire supercluster consists of approximately 300 to 500 known galaxy clusters and groups. The real number may be much larger because some of these are traversing the Zone of Avoidance, making them essentially undetectable.

Superclusters are some of the universe's largest structures and have boundaries that are difficult to define, especially from the inside. The team used radio telescopes to map the motions of a large collection of local galaxies. Within a given supercluster, most galaxy motions will be directed inward, toward the center of mass. In the case of Laniakea, this gravitational focal point is called the Great Attractor, and influences the motions of the Local Group of galaxies, where the Milky Way galaxy resides, and all others throughout the supercluster. Unlike its constituent clusters, Laniakea is not gravitationally bound and is projected to be torn apart by dark energy.^[6]

The new method used to analyse galaxy movements to distinguish peculiar motion from cosmic expansion is Wiener filtering, which works for well-defined positional information, allowing analysis out to about 300×10⁶ ly (92 Mpc), showing flow patterns. With that limitation, Laniakea is shown to be heading in the direction of the Shapley Supercluster, so both Shapley and Laniakea may be part of the Pisces-Cetus Supercluster complex .^[9]

South African astronomer Tony Fairall stated in 1988 that redshifts suggested that the Virgo and Hydra-Centaurus Superclusters may be connected.^[10]

The neighbouring superclusters to Laniakea are the Shapley Supercluster, Hercules Supercluster, Coma Supercluster and Perseus-Pisces Supercluster, they are all part of the composition of the Pisces-Cetus Supercluster Complex. The edges of the superclusters and Laniakea were not clearly known at the time of Laniakea's definition.^[5]

The name laniakea means 'immense heaven' in Hawaiian, from lani, meaning 'heaven', and ākea, meaning 'spacious, immeasurable'. The name was suggested by Nawa'a Napoleon, an associate professor of Hawaiian language at Kapiolani Community College. The name honors Polynesian navigators, who used knowledge of the heavens to navigate the Pacific Ocean.^[4][9]

Map of superclusters within the nearby universe, with Laniakea shown in yellow

Fuente: https://en.wikipedia.org/wiki/Laniakea_Supercluster

Cúmulo de Virgo

This deep image of the Virgo Cluster obtained by Chris Mihos and his colleagues using the Burrell Schmidt telescope shows the diffuse light between the galaxies belonging to the cluster. North is up, east to the left. The dark spots indicate where bright foreground stars were removed from the image. Messier 87 is the largest galaxy in the picture (lower left).

Chris Mihos (Case Western Reserve University)/ESO - http://www.eso.org/public/images/eso0919a/

M86 en el Cúmulo Central de Virgo

M86 in the Central Virgo Cluster 
Créditos de imagen & Copyright: Mark Hanson, Stan Watson Obs. 

¿Hay un puente de gas que conecta estas dos grandes galaxias? Posiblemente, pero es difícil asegurarlo.
M86 (en la parte superior izquierda) es una galaxia elíptica gigante que se encuentra cerca del centro del cúmulo de galaxias Virgo. La Vía Láctea está cayendo hacia el cúmulo Virgo, situado a unos 50 millones de años luz de distancia. En la parte inferior derecha de M86 está la extraña galaxia espiral NGC 4438 que, junto con la vecina angular NGC 4435, son conocidas como las galaxias de los Ojos (y también Arp 120).
La fotografía, una de las más profundas tomadas de la región, indica que el gas de color rojo brillante rodea M86 y, aparentemente, la conecta con NGC 4438. La imagen abarca aproximadamente el tamaño de la Luna llena. Sin embargo, se sabe que el gas cirrus de nuestra galaxia se superpone antes del cúmulo Virgo y que las observaciones de la baja velocidad de este gas parecen más coherentes con esta hipótesis del origen de la Vía Láctea. Una respuesta definitiva podría venir de futuras investigaciones, que también podrían resolver cómo se crearon los extensos brazos azules de NGC 4435.

Fuente: http://observatorio.info/2018/08/m86-en-el-cumulo-central-de-virgo/

Star Size Comparison 2

Star Size Comparison 2

Fuente: morn1415

Neutron Stars Collide

Shortly after 8:41 a.m. EDT on Aug. 17, 2017, Fermi's Gamma-ray Burst Monitor detected a pulse of high-energy light from a powerful explosion, which was immediately reported to astronomers around the globe as a short gamma-ray burst. Less that two seconds earlier, scientists at the National Science Foundation's Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO) detected gravitational-waves dubbed GW170817 from a pair of smashing super-dense stars, encouraging astronomers to look for the aftermath of the explosion. Shortly thereafter, the burst was detected as part of a follow-up analysis by ESA's (European Space Agency's) INTEGRAL satellite. NASA's Swift, Hubble, Chandra, and Spitzer missions, along with dozens of ground-based observatories, later captured the fading glow of the blast's expanding debris.

This is the first time scientists have conclusively detected light associated with a gravitational-wave event, thanks to two merging neutron stars in the galaxy NGC 4993, located about 130 million light-years from Earth. The figure shows an artist's impression of the aftermath of this merger.

Neutron stars are the crushed, leftover cores of massive stars that exploded as supernovae long ago. The merging stars likely had masses between 10 and 60 percent greater than that of our Sun, but they were no wider than Washington, D.C. The pair whirled around each other hundreds of times a second, producing gravitational-waves at the same frequency. As they drew closer and orbited faster, the stars eventually broke apart and merged, producing both a gamma-ray burst and a rarely seen flare-up called a "kilonova."

GW170817 showed astronomers that heavy elements found on Earth like gold, platinum, and uranium were likely produced kilonovae long ago.

» https://svs.gsfc.nasa.gov/12740

Gamma-ray Bubbles

Using data from Fermi's Large Area Telescope, scientists have discovered a gigantic, mysterious structure in our galaxy. This never-before-seen feature looks like a pair of bubbles extending above and below our galaxy's center, as shown in false color in this figure.

Each lobe is 25,000 light-years tall, and the whole structure may be only a few million years old. Within the bubbles, extremely energetic electrons are interacting with lower-energy light to create gamma-rays, but right now, no one knows the source of these electrons.

Are the bubbles remnants of a massive burst of star formation? Are they leftovers from an eruption by the supermassive black hole at our galaxy's center? Or did these forces work in tandem to produce them? Scientists aren't sure yet, but the more they learn about this amazing structure, the better we'll understand the Milky Way.

https://svs.gsfc.nasa.gov/10688

Neutrino asociado con blazar distante

Con equipos congelados en el hielo profundo bajo el polo Sur de la Tierra, la humanidad parece haber descubierto un neutrino procedente del Universo lejano. Si se confirma, esto supondría la primera detección clara de neutrinos cosmológicamente distantes así como la primera asociación observada entre energéticos neutrinos y rayos cósmicos creados por potentes chorros provenientes de cuásares (blázares). Después de que el detector del IceCube Antártico midiera un neutrino energético en septiembre de 2017, muchos observatorios importantes comenzaron a trabajar con el fin de identificar una contraparte en la luz. Y lo hicieron. Una contraparte en erupción fue identificada por observatorios de alta energía, como AGILE, Fermi, HAWC, HESS, INTEGRAL, Ñusta, Swift y VERITAS, que encontraron que el rayo gamma Blazer TXS 0506 + 056 se encontraba en la dirección correcta y con los rayos gamma procedentes de una erupción que llegan casi al mismo tiempo que el neutrino. Aunque esta y otras coincidencias en el momento y en la posición sean estadísticamente fuertes, los astrónomos esperan encontrar otras asociaciones neutrino-blazar similares para estar completamente seguros.
La imagen ilustra un chorro de partículas que emana de un agujero negro en el centro de un blazar.

Fuente: http://observatorio.info/2018/07/neutrino-asociado-con-blazar-distante/