O Observatório IceCube, instalado no gelo da Antártida, identificou uma quebra no espectro de energia dos neutrinos astrofísicos. A descoberta descarta o modelo simplificado de lei de potência que vigorava até agora, conforme estudo publicado na Physical Review Letters.
O trabalho analisou mais de uma década de dados e encontrou uma transição significativa por volta de 30 TeV. A confiança estatística da descoberta supera 4σ, reforçando sua solidez.
Neutrinos astrofísicos são partículas quase sem massa, produzidas quando raios cósmicos de alta energia interagem com matéria ou radiação. Por interagirem muito pouco com a matéria, viajam em linha reta das bordas do universo observável, carregando informações sobre os ambientes que os originaram.
Vedant Basu, coautor do estudo pela Universidade de Utah, comparou os neutrinos a mensageiros cósmicos. Segundo ele, essas partículas permitem investigar dinâmicas de ambientes extremos, impossíveis de replicar na Terra.
O IceCube utiliza 5.160 sensores ópticos distribuídos em um quilômetro cúbico de gelo glacial na Antártida. Os sensores estão a 1,5 km de profundidade e captam a radiação Cherenkov, emitida quando um neutrino interage com um núcleo no gelo.
A equipe realizou duas análises independentes com conjuntos de dados distintos. A primeira, chamada Ajuste Combinado, fundiu amostras de eventos tipo trilha e tipo cascata. A segunda, denominada Eventos de Partida de Média Energia (MESE), focou em neutrinos que interagem dentro do detector.
Ambas as análises testaram quatro modelos espectrais e chegaram à mesma conclusão. O modelo de lei de potência quebrada foi o preferido, com a lei de potência simples rejeitada com significância superior a 4σ. No MESE, o índice espectral de baixa energia foi de 1,72 e o de alta energia de 2,84.
No Ajuste Combinado, os valores foram 1,31 e 2,74. Isso indica um espectro mais duro antes da quebra e mais íngreme depois. Basu explicou que um espectro mais duro significa que o fluxo de neutrinos diminui menos conforme a energia aumenta.
A física Aswathi Balagopal V., da Universidade de Delaware, acrescentou que a descoberta implica um fluxo menor de neutrinos em energias baixas. O resultado contraria a previsão feita pela simples extrapolação do espectro das altas energias.
Albrecht Karle, coautor da Universidade de Wisconsin-Madison, destacou que cada análise mediu o espectro de modo independente. Os resultados semelhantes reforçam a confiabilidade da descoberta. Segundo ele, o novo modelo alivia uma tensão de longa data com o fundo difuso de raios gama extragalácticos.
A quebra no espectro sugere uma possível mudança nas populações ou na dinâmica das fontes produtoras dessas partículas. Também abre espaço para investigar sinais de nova física, como neutrinos gerados pelo decaimento ou aniquilação de matéria escura. O resultado oferece uma imagem mais coerente do universo de altas energias.
Karle afirmou que esses resultados são um primeiro passo para refinar a compreensão do espectro de neutrinos. Análises mais detalhadas, com modelagem aprimorada, já estão em andamento. O objetivo é conectar os neutrinos ao quadro mais amplo da astronomia multimensageira, que combina neutrinos, raios gama e ondas gravitacionais.
Leia mais sobre o assunto na phys.org.
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