Este estudio marca un punto de inflexión: cuatro redes de telescopios Cherenkov atmosféricos (FACT, H.E.S.S., MAGIC, VERITAS) y el Large Area Telescope (LAT) del satélite Fermi han puesto en común sus datos por primera vez para buscar en ellos eventos gamma que procedieran de una misma fuente que los neutrinos detectados por IceCube en 2017. ¡Una cooperación inédita entre instalaciones habitualmente en competencia!
Laboratorio IceCube al atardecer - 2017.
Crédito: Martin Wolf, IceCube/NSF
El análisis incluye observaciones de seguimiento de eventos de neutrinos de alta energía observados por los cuatro observatorios entre septiembre de 2017 (después del evento IceCube-170922A) y enero de 2021. El estudio no encontró ninguna asociación entre las fuentes de rayos γ y los eventos de neutrinos observados, pero permitió proporcionar límites superiores combinados sobre el flujo de rayos γ de muy alta energía que esas fuentes podrían emitir. Estos límites son más restrictivos que los obtenidos por un solo telescopio, porque se basan en una sensibilidad incrementada gracias a la combinación de los datos.
Estos límites permiten descartar ciertos modelos teóricos de aceleración de rayos cósmicos. Si un modelo predice un flujo de rayos gamma superior a los límites establecidos, debe ser revisado.
¿Por qué buscar rayos gamma asociados a los neutrinos?
La astronomía ha entrado en la era de la astrofísica "multimensajero", donde los fenómenos cósmicos se estudian no solo con ayuda de la radiación electromagnética, sino también de ondas gravitacionales y neutrinos.
Cuando un neutrino se produce en una fuente astrofísica (como un blazar o un remanente de supernova), debería estar acompañado de rayos gamma de alta energía. Estos rayos gamma, a diferencia de los neutrinos, son más fáciles de detectar y si se detectan rayos gamma, esto confirma que la fuente es un acelerador cósmico. Si no se detecta nada, se puede de todas formas establecer un límite superior sobre el flujo de rayos gamma que esa fuente podría emitir.
Mapa del cielo en coordenadas ecuatoriales mostrando las posiciones de las alertas de IceCube entre septiembre de 2017 y enero de 2021.
Las alertas seguidas por los telescopios Cherenkov atmosféricos se representan en color (según el tipo de alerta), mientras que las no seguidas están en gris.
Las letras indican qué telescopios participaron en las observaciones (F:FACT, H:H.E.S.S., M:MAGIC, V:VERITAS).
Los investigadores han:
- buscado fuentes de rayos gamma conocidas en relación con eventos de neutrinos detectados por IceCube entre septiembre de 2017 y enero de 2021.
- coordinado las observaciones de varios telescopios de rayos gamma (H.E.S.S. para el cielo austral, MAGIC, VERITAS y FACT para el cielo boreal, así como el Large Area Telescope (LAT) de Fermi).
- luego combinado sus datos para establecer límites superiores conjuntos sobre el flujo de rayos gamma asociado a cada evento de neutrino.
Resultado: Si los telescopios hubieran detectado rayos gamma en coincidencia con los neutrinos, esto habría confirmado la identidad de la fuente.
Como no se hizo ninguna detección significativa en la mayoría de los casos, los investigadores pudieron establecer límites superiores sobre el flujo de rayos gamma que estas fuentes podrían emitir. Estos límites son más restrictivos que los obtenidos por un solo telescopio, porque se basan en una cobertura completa del cielo y una sensibilidad incrementada gracias a la combinación de los datos.
Ejemplo concreto: El caso del blazar 1ES 1312-423
En el estudio, un caso particular captó la atención: en marzo de 2019, H.E.S.S. detectó rayos gamma de muy alta energía procedentes del blazar 1ES 1312-423, después de que IceCube detectara un cúmulo de neutrinos en la misma región del cielo. Sin embargo, tras un análisis en profundidad, los investigadores concluyeron que:
- El flujo de rayos gamma observado era compatible con la emisión "normal" de este blazar.
- Los neutrinos detectados por IceCube probablemente no estaban relacionados con este blazar, sino más bien con una fluctuación aleatoria del fondo de neutrinos.
- Los límites superiores establecidos para las otras fuentes permitieron concluir que ninguna fuente mostraba una correlación clara entre neutrinos y rayos gamma durante el período estudiado.
Qué significan estos límites para la ciencia:
- Excluir modelos teóricos: El estudio proporciona un "conjunto de datos de referencia" que restringe los modelos teóricos de emisión de neutrinos. Por ejemplo, si un modelo predice que una fuente debería emitir un flujo de rayos gamma superior al límite superior fijado por el análisis conjunto, entonces ese modelo es inválido y debe ser revisado.
- Demuestra la capacidad de la generación actual de telescopios Cherenkov para funcionar como una red mundial, reaccionando rápidamente a las alertas del observatorio de neutrinos IceCube.
- Este trabajo prepara el terreno para el futuro de la astronomía temporal. Las lecciones extraídas de estas investigaciones coordinadas son esenciales para el futuro Cherenkov Telescope Array Observatory (CTAO), que ofrecerá una sensibilidad mejorada y tiempos de reacción rápidos.
- Además, la red mundial se prepara para asegurar el seguimiento de las alertas procedentes de los observatorios de neutrinos de próxima generación como KM3NeT, lo que aumentará considerablemente nuestra capacidad para capturar estos eventos cósmicos violentos.