O detector submarino KM3NeT registrou em 2023 o neutrino de maior energia já detectado, com cerca de 220 petaelectronvoltios (PeV). Um estudo recente da colaboração internacional sugere que a partícula pode ter origem em uma população de blazares distantes, galáxias ativas com buracos negros supermassivos que emitem jatos relativísticos direcionados à Terra. A detecção ocorreu no fundo do Mar Mediterrâneo, próximo à costa da Sicília, e abre novas perspectivas para compreender os aceleradores cósmicos mais potentes.
O evento, denominado KM3-230213A, foi captado em 13 de fevereiro de 2023 pelo módulo ARCA do observatório KM3NeT, ainda em fase de construção parcial. A energia estimada do neutrino supera em mais de uma ordem de magnitude os registros anteriores de neutrinos de alta energia.
Neutrinos são partículas subatômicas quase sem massa que interagem muito pouco com a matéria, permitindo viajar distâncias cosmológicas sem desvio significativo. Bilhões atravessam o corpo humano a cada segundo sem causar efeito, mas eventos de ultra alta energia como esse revelam processos astrofísicos extremos.
Detecção no fundo do mar
O KM3NeT utiliza uma rede de sensores fotomultiplicadores ancorados no leito marinho para captar a luz Cherenkov gerada por partículas secundárias produzidas na interação de neutrinos com a água. O muon resultante da colisão do neutrino KM3-230213A atravessou o detector com trajetória quase horizontal.
A análise detalhada confirmou a origem cósmica da partícula, excluindo fontes atmosféricas ou locais. A energia do muon permitiu estimar a do neutrino primário em torno de 220 PeV, com intervalo de confiança entre 110 e 790 PeV na maioria dos cenários simulados.
Blazares como fontes prováveis
Pesquisadores da colaboração KM3NeT realizaram simulações de diferentes cenários astrofísicos para identificar a origem mais consistente. Os blazares emergiram como candidatos principais, pois aceleram partículas a energias extremas em jatos relativísticos alinhados com a linha de visão da Terra.
Essas galáxias ativas abrigam buracos negros supermassivos que consomem matéria e ejetam plasma a velocidades próximas à da luz. A contribuição cumulativa de múltiplos blazares distantes explica melhor a energia observada do que uma única fonte explosiva.
Ausência de coincidência com evento único
Os cientistas buscam associações com transientes detectados em outras bandas, como raios gama, raios X ou rádio, mas nenhuma coincidência temporal ou espacial clara foi encontrada para o KM3-230213A. Isso reforça a hipótese de um fundo difuso de neutrinos gerado por populações de fontes.
O resultado indica que neutrinos de ultra alta energia podem surgir de processos coletivos em vez de eventos isolados, como explosões de supernovas ou fusões estelares. Observações futuras com o detector completo ajudarão a refinar essa conclusão.
Mensageiros cósmicos únicos
Neutrinos atravessam o universo sem sofrer absorção ou deflexão significativa pela matéria interestelar, diferentemente de fótons que interagem com campos magnéticos e gás. Essa propriedade os torna mensageiros ideais para estudar regiões obscurecidas ou aceleradores hadrônicos extremos.
A detecção de um neutrino tão energético expande a janela observacional para fenômenos que emitem radiação em escalas de petaelectronvoltios, complementando telescópios em outras frequências.
Expansão do observatório
O KM3NeT continua em construção, com módulos adicionais sendo instalados no Mar Mediterrâneo para aumentar o volume sensível. A configuração parcial já permitiu a captura desse evento raro, o que demonstra o potencial da infraestrutura.
Com o detector pleno, espera-se registrar mais neutrinos de ultra alta energia, possibilitando análises estatísticas robustas sobre suas distribuições e origens. Estudos como o recente sobre blazares guiam buscas direcionadas em catálogos multi comprimento de onda.
Implicações para a astrofísica de partículas
O evento destaca a capacidade dos blazares de acelerar prótons e núcleos a energias suficientes para produzir neutrinos via interações piónicas. Modelos teóricos preveem fluxos difusos compatíveis com a observação isolada.
A ausência de contrapartes pontuais sugere que o fundo cósmico de neutrinos de alta energia pode ser dominado por contribuições de muitas fontes fracas e distantes. Isso alinha com previsões de populações extragalácticas como principais responsáveis por esses mensageiros.
O estudo reforça a importância de observatórios multimessenger para conectar neutrinos com emissões eletromagnéticas e raios cósmicos, avançando o entendimento dos processos mais violentos do cosmos.