Rastreando uma parta­cula fantasmaga³rica atéuma estrela fragmentada, os cientistas descobriram um gigantesco acelerador departículas ca³smicas. A parta­cula subatômica, chamada de neutrino, foi arremessada em direção a  Terra depois que a estrela condenada chegou muito perto do buraco negro supermassivo no centro de sua gala¡xia e foi despedaa§ada pela gravidade colossal do buraco negro. a‰ a primeira parta­cula que pode ser rastreada atéum 'evento de interrupção da maranã' (TDE) e fornece evidaªncias de que essas cata¡strofes ca³smicas pouco compreendidas podem ser poderosos aceleradores departículas naturais, como relata a equipe liderada pelo cientista do DESY Robert Stein no jornal Nature Astronomy. As observações também demonstram o poder de explorar o cosmos por meio de uma combinação de diferentes 'mensageiros', como fa³tons (aspartículas de luz) e neutrinos, também conhecida como astronomia de multimensageiros.

O neutrino começou sua jornada hácerca de 700 milhões de anos, na anãpoca em que os primeiros animais se desenvolveram na Terra. Esse éo tempo de viagema parta­cula precisava ir da distante gala¡xia sem nome (catalogada como 2MASX J20570298 + 1412165) na constelação de Delphinus (o golfinho) para a Terra. Os cientistas estimam que o enorme buraco negro tenha a massa de 30 milhões de sãois. "A força da gravidade fica cada vez mais forte, quanto mais perto vocêchega de algo. Isso significa que a gravidade do buraco negro puxa o lado pra³ximo da estrela com mais força do que o lado oposto da estrela, levando a um efeito de alongamento", explica Stein. "Essa diferença échamada de força de marée, a  medida que a estrela se aproxima, esse alongamento se torna mais extremo. Eventualmente, ele dilacera a estrela e então chamamos de evento de interrupção da maranã. a‰ o mesmo processo que leva a s maranãs oceânicas: na Terra , mas felizmente para nós, a lua não puxa com força suficiente para despedaa§ar a Terra. "

Cerca de metade dos destroa§os da estrela foram lana§ados no Espaço, enquanto a outra metade assentou em um disco girata³rio em torno do buraco negro. Esse disco de acreção éum pouco semelhante ao va³rtice de águaacima do ralo de uma banheira. Antes de mergulhar no esquecimento, a matéria do disco de acreção fica cada vez mais quente e brilha intensamente. Este brilho foi detectado pela primeira vez pelo Zwicky Transient Facility (ZTF) no Monte Palomar, na Califa³rnia, em 9 de abril de 2019.

Meio ano depois, em 1º de outubro de 2019, o detector de neutrinos IceCube no Pa³lo Sul registrou um neutrino extremamente energanãtico da direção do evento de interrupção da maranã. "Ele se chocou contra o gelo da Anta¡rtica com uma energia nota¡vel de mais de 100 teraeletronvolts", diz a co-autora Anna Franckowiak do DESY, que agora éprofessora da Universidade de Bochum. "Para efeito de comparação, isso épelo menos dez vezes a energia máxima daspartículas que pode ser alcana§ada no acelerador departículas mais poderoso do mundo, o Large Hadron Collider no laboratório europeu de física departículas CERN perto de Genebra."

Os neutrinos extremamente leves dificilmente interagem com alguma coisa, podendo passar despercebidos não apenas pelas paredes, mas por planetas ou estrelas inteiros, e por isso são freqa¼entemente chamados departículas fantasmas. Portanto, mesmo capturar apenas um neutrino de alta energia já éuma observação nota¡vel. A análise mostrou que este neutrino em particular tinha apenas uma chance em 500 de ser puramente coincidente com o TDE. A detecção levou a mais observações do evento com muitos instrumentos em todo o espectro eletromagnanãtico, de ondas de ra¡dio a raios-X.

"Este éo primeiro neutrino ligado a um evento de interrupção da marée nos traz evidaªncias valiosas", explica Stein. "Os eventos de interrupção das maranãs não são bem compreendidos. A detecção do neutrino aponta para a existaªncia de um motor central poderoso perto do disco de acreção, expelindopartículas rápidas. E a análise combinada de dados de telesca³pios de ra¡dio, a³pticos e ultravioleta nos da¡ mais evidaªncias de que o TDE atua como um acelerador departículas gigantesco. "

As observações são melhor explicadas por uma saa­da energanãtica de jatos rápidos de matéria disparados para fora do sistema, que são produzidos pelo motor central e duram centenas de dias. Isso também éo que énecessa¡rio para explicar os dados observacionais, como Walter Winter, chefe do grupo tea³rico de astroparta­cula física do DESY, e sua colega tea³rica Cecilia Lunardini, da Arizona State University, mostraram em um modelo tea³rico publicado na mesma edição da Nature. Astronomia. "O neutrino surgiu relativamente tarde, meio ano após o ini­cio da festa das estrelas. Nosso modelo explica esse momento naturalmente", diz Winter.

O acelerador ca³smico expele diferentes tipos departículas, mas além dos neutrinos e fa³tons, essaspartículas são eletricamente carregadas e, portanto, desviadas por campos magnanãticos intergala¡cticos em sua jornada. Apenas os neutrinos eletricamente neutros podem viajar em linha reta como a luz da fonte em direção a  Terra e, assim, tornar-se mensageiros valiosos de tais sistemas.

"As observações combinadas demonstram o poder da astronomia de multimensageiros", diz o co-autor Marek Kowalski, chefe de astronomia de neutrinos do DESY e professor da Universidade Humboldt em Berlim. “Sem a detecção do evento de interrupção da maranã, o neutrino seria apenas um de muitos. E sem o neutrino, a observação do evento de interrupção da maréseria apenas um de muitos. Somente atravanãs da combinação podera­amos encontrar o acelerador e aprender algo novo sobre os processos internos. " A associação do neutrino de alta energia e o evento de interrupção da maréfoi encontrada por um pacote de software sofisticado chamado AMPEL, desenvolvido especificamente no DESY para pesquisar correlações entre neutrinos do IceCube e objetos astrofisicos detectados pelo Zwicky Transient Facility.

O Zwicky Transient Facility foi projetado para capturar centenas de milhares de estrelas e gala¡xias em uma única foto e pode pesquisar o canãu noturno de maneira particularmente rápida. Em seu coração estãoo telesca³pio Samuel-Oschin de 1,3 m de dia¢metro. Graças ao seu amplo campo de visão, o ZTF pode varrer todo o canãu durante três noites, encontrando objetos mais varia¡veis ​​e transita³rios do que qualquer outro levantamento a³ptico anterior. "Desde o nosso ini­cio em 2018, detectamos mais de 30 eventos de interrupção das maranãs atéagora, mais do que dobrando o número conhecido de tais objetos", disse Sjoert van Velzen do Observatório de Leiden, co-autor do estudo. "Quando percebemos que o segundo TDE mais brilhante observado por nosera a fonte de um neutrino de alta energia registrado pelo IceCube, ficamos emocionados."

"Podemos estar vendo apenas a ponta do iceberg aqui. No futuro, esperamos encontrar muito mais associações entre os neutrinos de alta energia e suas fontes", disse Francis Halzen, professor da Universidade de Wisconsin-Madison e principal investigador da IceCube, que não estava diretamente envolvido no estudo. "Ha¡ uma nova geração de telesca³pios sendo construa­dos que fornecera£o maior sensibilidade a TDEs e outras fontes de neutrinos potenciais. Ainda mais essencial éa extensão planejada do detector de neutrino IceCube, que aumentaria o número de detecções de neutrinos ca³smicos em pelo menos dez vezes." Esta TDE marca apenas a segunda vez, um neutrino ca³smico de alta energia pode ser rastreado atésua fonte. Em 2018, uma campanha multi-mensageiro apresentou uma gala¡xia ativa, o blazar TXS 0506 + 056.