Astronomía

¿Cómo pueden los astrónomos localizar la fuente de un neutrino?

¿Cómo pueden los astrónomos localizar la fuente de un neutrino?


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En la prensa popular, en los últimos meses, hemos escuchado mucho sobre neutrinos de alta energía de fuera de nuestro sistema solar que llegan a nuestros detectores ...

Pero me pregunto…

Si un solo neutrino desde una gran distancia al azar, rara vez, golpea un átomo de xenón en un detector, ¿cómo diablos pueden 'triangular' su dirección?


Los neutrinos muónicos de alta energía interactúan ocasionalmente y producen un muón. La energía y el impulso deben conservarse en el proceso y el muón se dirige en la misma dirección que el neutrino.

El muón relativista puede ser rastreado por una red de detectores que son sensibles a la radiación de Cerenkov producida cuando los muones viajan más rápido que la velocidad de la luz en el hielo.

La pista de muones permite medir su cinemática y, por lo tanto, reconstruir de dónde vino el neutrino originario. Potencialmente, esto se puede hacer en unos pocos grados.

Hay menos resolución angular en el caso de neutrinos de electrones de alta energía. Los muones se producen en interacciones secundarias y hay una "cascada" de leptones cargados a partir de los cuales se puede reconstruir una dirección aproximada.


Afirmas correctamente que los neutrinos no interactúan con demasiada frecuencia. El parámetro físico que describe esa es la sección transversal efectiva. Entonces, lo que observa en un detector no es el neutrino en sí, sino partículas secundarias, p. Ej. muones. Dicho coloquialmente, puede considerar cualquier cosa con alta masa (densidad) entre la fuente de neutrinos y su instrumento (para detectar principalmente las partículas secundarias) como detector de neutrinos. Esto podría ser un gran trozo de hielo (como en el experimento del cubo de hielo), una cadena montañosa (como en el laboratorio de Gran Sasso) o incluso un planeta completo, si los neutrinos incidentes se originan en una estrella ubicada en el otro lado de la Tierra en el momento de la observación. Esto último es posible ya que los neutrinos, p. del Sol puede atravesar todo el planeta sin interactuar con su materia (durante la noche para los científicos que trabajan para el detector).

Permítanme intentar explicarlo con un dibujo que tomé de una entrada de blog de 2018 de la matriz de detectores de neutrinos y muones antárticos (AMANDA). Los puntos rojos están en la superficie del hielo, las líneas verticales son los pozos en el escudo de hielo de la Antártida y los pequeños puntos negros son los PMT, los tubos fotomultiplicadores que detectan la luz Cherenkov generada por algunos muones rápidos, en la imagen de la parte superior de el cono azul. Las lecturas de los PMT (que detectan la luz de Cherenkov) se muestran como código de color, supongo que la escala de color se relaciona de alguna manera con el tiempo transcurrido desde el evento desencadenante.

Entonces, ¿cómo sabemos ahora de dónde vino el neutrino? Podemos usar la física de partículas para derivar la velocidad de la partícula secundaria (vector) y de donde realmente vino el neutrino. Esto no es trivial y requiere bastante potencia informática, pero es posible.


Cómo un solo neutrino fantasmal podría cambiar nuestra comprensión del universo

Los astrónomos han pasado un siglo buscando la fuente de los rayos cósmicos, corrientes de partículas de alta energía que son clave para comprender la naturaleza del universo. Ahora, gracias a un único neutrino fantasmal, finalmente lo han logrado.

El neutrino en cuestión es tan pequeño que se necesitarían más de 10 mil millones de ellos para igualar la masa de un protón. Pero hizo historia al atacar una red de sensores enterrados en las profundidades del hielo antártico.

Fue un final auspicioso para un viaje que comenzó a 4 mil millones de años luz de distancia. Al analizar el daño colateral del impacto, los científicos rastrearon el origen del neutrino hasta un poderoso cuásar conocido como blazar mucho más allá de nuestra galaxia, y lanzaron una nueva era de astronomía de neutrinos.

"Ya no vamos a resolver la astrofísica de alta energía a la antigua", dijo Francis Halzen, astrofísico de partículas de la Universidad de Wisconsin-Madison e investigador principal de IceCube, el observatorio helado que hizo el descubrimiento descrito el jueves en la revista Science.

Las primeras observaciones del universo por parte de los astrónomos se realizaron mediante la observación de la luz visible, que podían ver directamente. Luego expandieron su búsqueda a otras porciones del espectro electromagnético, como ondas de radio, microondas, rayos X y rayos gamma. Esto les permitió encontrar agujeros negros, estrellas de neutrones y la radiación cósmica de fondo de microondas que es un remanente del Big Bang.

Más recientemente, los científicos han mirado más allá del espectro de luz. La detección de ondas gravitacionales hizo posible escuchar a escondidas algunos de los eventos más catastróficos del universo, incluidas las fusiones de agujeros negros. Las ondas gravitacionales podrían ayudar a los científicos a comprender la materia oscura, la materia misteriosa que domina el universo pero que no se puede ver ni tocar.

Ahora los astrónomos agregarán la astronomía de neutrinos a su caja de herramientas.

"En mi opinión, esto es tan significativo como los primeros pasos en la astronomía de rayos X, que fueron galardonados con el Premio Nobel", dijo Alexander Kusenko, un astrofísico de partículas de la UCLA que no participó en el trabajo.

Los neutrinos son valiosos para los astrónomos porque apenas interactúan con la materia. Eso significa que pueden atravesar planetas, estrellas e incluso galaxias enteras.

Aunque son extremadamente pequeños, también son abundantes. Muchos miles de millones de estas partículas subatómicas pasan a través de la yema del dedo cada segundo.

A pesar de su naturaleza intrínsecamente esquiva, los astrónomos buscan neutrinos con la esperanza de que ayuden a resolver el misterio de los orígenes de los rayos cósmicos que bombardean la Tierra desde el espacio.

Los rayos cósmicos son partículas cargadas de alta energía, en su mayoría protones, que han sido aceleradas a energías enormes y lanzadas a través del universo. Estas partículas pueden llegar a la Tierra con energías de cientos de billones de electronvoltios, empequeñeciendo los meros 6,5 billones de electronvoltios de los protones que circulan a través del Gran Colisionador de Hadrones en Europa. Se necesitaría un poderoso motor cósmico, digamos, un agujero negro supermasivo en el corazón de una galaxia, o una enorme supernova, para acelerar estos fragmentos atómicos a energías tan altas.

Pero hasta ahora, los científicos no han sabido con certeza de dónde vienen estos rayos cósmicos. Eso se debe a que a medida que estas partículas viajan distancias intergalácticas, sus caminos se deforman por los campos magnéticos que impregnan el espacio, lo que significa que cuando llegan a la Tierra, ya no apuntan hacia su origen.

Los neutrinos ofrecen una solución a este problema porque estas partículas neutras no se ven afectadas por los campos magnéticos. Para cuando llegan a la Tierra, todavía señalan el camino a casa. Además de eso, los tipos de poderosas fuerzas cósmicas que generarían rayos cósmicos de alta energía también producirían un torrente de neutrinos de alta energía.

Pero la misma cualidad que hace que estas partículas fantasmales sean tan útiles, el hecho de que no interactúan con la materia, también hace que los neutrinos sean extremadamente difíciles de captar en acción para los científicos. Por cada impacto individual de neutrinos de alta energía, dijo Halzen, aproximadamente 10,000 o 100,000 más pasan ilesos.

La colaboración de IceCube se propuso detectar ese raro y singular impacto de neutrinos. Compuesto por más de 5,000 sensores incrustados en un kilómetro cúbico de hielo que se encuentra en las profundidades de la superficie antártica, IceCube capta los destellos de luz azul causados ​​por partículas secundarias después de que un neutrino hace contacto. Los científicos pueden analizar ese rastro de luz resultante para saber de qué dirección vino la partícula y qué tan enérgica era cuando golpeó.

Una animación de un vuelo desde la órbita de la Tierra al detector IceCube en la Antártida, incluido un evento de neutrinos simulado. (Crédito: DESY, Laboratorio de Comunicación Científica)

En 2013, la colaboración anunció que había encontrado 28 neutrinos de alta energía que se habían originado en el espacio profundo, pero el grupo no pudo decir de dónde venía exactamente ninguno de ellos.

Luego, el 22 de septiembre de 2017, los científicos detectaron un neutrino energético que claramente se había originado lejos de nuestro vecindario interestelar.

En 60 segundos, la noticia había llegado a una serie de otros observatorios, incluidos telescopios de rayos gamma, infrarrojos, radio y rayos X. Se volvieron hacia la fuente aparente y captaron una señal de luz en longitudes de onda en todo el espectro electromagnético.

La luz provenía de un blazar llamado TXS 0506 + 056, que se encuentra justo debajo del brazo de la constelación de Orión. Este blazar es una galaxia elíptica gigante con un agujero negro giratorio en el centro que está devorando material y disparando haces de luz gemelos a cada lado de su disco. En este caso, uno de esos rayos apunta directamente a la Tierra, como una linterna.

Una animación del toro central de gas y polvo, que se cree rodea el agujero negro supermasivo de una galaxia activa. Este es el origen de un blazar. (Crédito: DESY, Laboratorio de Comunicación Científica)

Aún así, existía una pequeña posibilidad, aproximadamente 1 en 1,000, de que el origen aparente del neutrino y la señal de blazar fueran mera coincidencia. Así que los investigadores volvieron a los archivos en busca de mediciones de neutrinos anteriores que también podrían haber venido de la dirección del blazar.

Efectivamente, los investigadores encontraron más de una docena de neutrinos desde septiembre de 2014 hasta marzo de 2015 que parecían provenir de la dirección del blazar. Esos resultados se publicaron en un segundo artículo en Science.

Tales descubrimientos de neutrinos podrían ayudar a los astrónomos a comprender mejor el funcionamiento interno de estos eventos cósmicos, dijo Kusenko.

También puede permitir a los científicos ver los viejos eventos bajo una nueva luz, dijo Halzen.

"No estamos viendo el blazar vainilla que están viendo los astrónomos", dijo Halzen. “Creo que al final habrá muchas sorpresas sobre esta fuente. . No volverá a ser el negocio habitual ".

Por un lado, se habría necesitado una fuente extremadamente poderosa para empujar estas partículas a energías tan altas y luego enviarlas a través de casi 4 mil millones de años luz, señaló.

"Así que hay algo especial en esta fuente", dijo Halzen, algo especial que no era obvio por el perfil de luz del blazar y que requerirá más estudio para comprenderlo.

Añadió que la astronomía de neutrinos ya está revelando eventos extraordinarios frente a los ojos de los científicos.


Empujando los límites del descubrimiento

Ya sean neutrinos, fotones de energía ultra alta u ondas gravitacionales, los nuevos mensajeros cósmicos han expandido el espacio de descubrimiento disponible de la astronomía al explorar entornos astrofísicos previamente inaccesibles.

El neutrino, una elusiva partícula elemental con una masa en reposo tan pequeña que efectivamente puede considerarse cero, es el mensajero perfecto desde lejos. Debido a que solo interactúan con la materia a través de la interacción débil y la gravedad (también débil, dada su masa diminuta), los neutrinos pueden escapar de la mayoría de los entornos ilesos y sin cambios, por lo que entregan información prístina sobre una serie de procesos (astro) físicos. Esa es la teoría, por supuesto, porque en la práctica y precisamente debido a su elusividad, la detección de estos neutrinos no es tarea fácil.

Si bien la detección directa de un neutrino (creado por el hombre) a través del proceso de captura beta se produjo en 1956, no fue hasta 1968 que el experimento Homestake detectó los primeros neutrinos extraterrestres, del Sol, que marcó el inicio de la astronomía de neutrinos. Pasaron dos décadas más antes de que una supernova fortuita en nuestra cercana Gran Nube de Magallanes condujera a la detección de neutrinos desde más lejos en nuestro vecindario cósmico. El detector de neutrinos Kamiokande-II midió once neutrinos de la supernova SN 1987A en febrero de 1987. Este descubrimiento, que junto con la detección de neutrinos solares condujo a un Premio Nobel para Masatoshi Koshiba y Raymond Davis Jr, estableció aún más el campo de la astronomía de neutrinos.

Avance rápido hasta hoy y el campo está en plena floración. Ahora hay múltiples experimentos con neutrinos en todo el mundo. Ya sea usando hielo, agua, agua pesada o incluso cloro, el principio de todos los detectores de neutrinos es el mismo: coloque un volumen suficientemente grande de un medio homogéneo en el camino de los neutrinos y uno de ellos seguramente interactuará. El detector más sensible y de alta resolución actualmente en funcionamiento, el Observatorio de Neutrinos IceCube en la Antártida, ha estado detectando neutrinos cósmicos desde principios de la década de 2010.

A pesar de las detecciones rutinarias de neutrinos cósmicos, comprender y estudiar sus orígenes no ha sido sencillo. Además de las cuestiones fundamentales de separar la señal del ruido y los neutrinos solares de otros neutrinos cósmicos, la mala localización angular de los detectores de neutrinos (en el mejor de los casos)

0,7 ° para las energías más altas para IceCube) hace que sea extremadamente difícil señalar la dirección en el cielo de donde viene un evento específico. En 2017, la coincidencia de un evento de neutrinos con un blazar en llamas fue un gran paso adelante. Confirmó que los núcleos galácticos activos son potentes aceleradores de partículas y una de las fuentes de neutrinos cósmicos de alta energía (ver Noticias y vistas de Elena Pian).

En este número de Astronomía de la naturaleza, Robert Stein y colaboradores informan de la asociación de un evento de neutrinos de alta energía con un tipo diferente de fuente astrofísica: un evento de interrupción de las mareas, cuando una estrella se separa durante su caída hacia un agujero negro supermasivo. En un artículo complementario, Walter Winter y Cecilia Lunardini presentan un modelo astrofísico que explica las observaciones. En cuanto a la asociación blazar anterior, la información adicional transportada por el evento de neutrinos detectado por IceCube proporciona información valiosa sobre los eventos de interrupción de las mareas (ver una discusión de Kimitake Hayasaki).

Los neutrinos no son la única herramienta que se utiliza actualmente para superar los límites del descubrimiento astrofísico. La astrofísica de energía ultra alta también está disfrutando de una era productiva, con múltiples instalaciones ahora en línea para investigar esta parte del espectro electromagnético aún apenas explorada. La detección de la nebulosa del Cangrejo en los rayos gamma de muy alta energía por el telescopio Whipple en 1989 condujo a una serie de experimentos simultáneos y posteriores (incluidos HESS, MAGIC y VERITAS) que buscan ampliar nuestra comprensión de los rayos de muy alta energía. cielo de rayos gamma.

En este número, publicamos dos nuevos conjuntos de observaciones que superan los límites de la astronomía de rayos gamma de muy alta energía en el rango de TeV. El Observatorio Cherenkov de Agua de Gran Altitud y la matriz de ducha de aire del Tíbet informan la detección del capullo Cygnus y el remanente de supernova G106.3 + 2.7, respectivamente. Ambos estudios restringen los procesos astrofísicos que conducen a la aceleración de las partículas de rayos cósmicos a energías PeV en dos entornos astrofísicos diferentes e inesperados.

Se pueden establecer paralelismos interesantes entre la astronomía de neutrinos y de rayos gamma de muy alta energía. Ambos exploran procesos astrofísicos de gran energía que, de otro modo, podrían estar ocultos de las observaciones astronómicas convencionales. Además, dados los desafíos relacionados con la tecnología requerida para su detección, ambas sondas han entrado recientemente en una era de detecciones confiables de múltiples eventos. Si bien la astronomía de rayos gamma de alta energía puede tener una ventaja (después de todo, es una extensión del espectro electromagnético, que los astrónomos han estado estudiando durante mucho tiempo), ambos campos crecerán exponencialmente en los próximos años. El próximo hito para la astronomía de rayos gamma de alta energía será la puesta en servicio del conjunto de telescopios Cherenkov (se espera que las primeras operaciones comiencen el próximo año), que ofrecerá una sensibilidad y capacidades de localización sin precedentes hasta energías de 300 TeV y abordará varios de cuestiones físicas y astrofísicas fundamentales (consulte el Informe de la reunión del primer simposio de la matriz de telescopios Cherenkov en 2019). Con respecto a los neutrinos, además de mejorar las capacidades de IceCube, se planean varios detectores de neutrinos de próxima generación (incluido el KM3NeT y el Experimento de neutrinos del Océano Pacífico).

El arsenal de observación de los astrónomos sigue aumentando y cada forma adicional de mirar el cielo nocturno conduce a un espacio de descubrimiento ampliado, una comprensión más profunda de los fenómenos astrofísicos estudiados durante mucho tiempo y, en algunos casos, el descubrimiento de fenómenos completamente nuevos. Lo más tentador es que, tanto para los neutrinos como para los rayos gamma de muy alta energía, estas sondas de observación se sitúan a horcajadas en la división (ciertamente borrosa) entre la física y la astrofísica. El potencial de la polinización cruzada y los descubrimientos fortuitos deberían motivar a ambas comunidades a seguir empujando esos límites aún más.


VLA da pistas tentadoras sobre la fuente del neutrino cósmico energético

Una sola partícula subatómica fantasmal que viajó unos 4 mil millones de años luz antes de llegar a la Tierra ha ayudado a los astrónomos a identificar una fuente probable de rayos cósmicos de alta energía por primera vez. Las observaciones posteriores con Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) de la National Science Foundation (NSF) han dado a los científicos algunas pistas tentadoras sobre cómo estos rayos cósmicos energéticos pueden formarse en los núcleos de galaxias distantes.

El 22 de septiembre de 2017, un observatorio llamado IceCube, compuesto por sensores distribuidos a través de un kilómetro cuadrado de hielo bajo el Polo Sur, registró los efectos de un neutrino de alta energía proveniente de mucho más allá de nuestra Vía Láctea. Los neutrinos son partículas subatómicas sin carga eléctrica y con muy poca masa. Dado que solo interactúan muy raramente con la materia ordinaria, los neutrinos pueden viajar sin obstáculos a grandes distancias a través del espacio.

Las observaciones de seguimiento con telescopios en órbita y terrestres de todo el mundo pronto mostraron que el neutrino probablemente provenía de la ubicación de un objeto cósmico conocido, un blazar llamado TXS 0506 + 056, a unos 4 mil millones de años luz de la Tierra. Como la mayoría de las galaxias, los blazares contienen agujeros negros supermasivos en sus núcleos. La poderosa gravedad del agujero negro atrae material que forma un disco giratorio caliente. Los chorros de partículas que viajan casi a la velocidad de la luz se expulsan perpendicularmente al disco. Los blazares son una clase especial de galaxias, porque en un blazar, uno de los chorros apunta casi directamente a la Tierra.

Los teóricos habían sugerido que estos poderosos chorros podrían acelerar enormemente protones, electrones o núcleos atómicos, convirtiéndolos en las partículas más energéticas conocidas en el Universo, llamadas rayos cósmicos de energía ultra alta. Los rayos cósmicos podrían interactuar con el material cerca del chorro y producir fotones y neutrinos de alta energía, como el neutrino detectado por IceCube.

Los rayos cósmicos fueron descubiertos en 1912 por el físico Victor Hess, que llevaba instrumentos en un vuelo en globo. Investigaciones posteriores mostraron que los rayos cósmicos son protones, electrones o núcleos atómicos que se han acelerado a velocidades cercanas a la de la luz, dando a algunos de ellos energías mucho mayores que las de las ondas electromagnéticas más energéticas. Además de los núcleos activos de las galaxias, las explosiones de supernovas son lugares probables donde se forman los rayos cósmicos. Los motores de los agujeros negros galácticos, sin embargo, han sido el principal candidato para la fuente de los rayos cósmicos de mayor energía y, por lo tanto, de los neutrinos de alta energía resultantes de sus interacciones con otra materia.

"El seguimiento de ese neutrino de alta energía detectado por IceCube hasta TXS 0506 + 056 hace que esta sea la primera vez que hemos podido identificar un objeto específico como la fuente probable de un neutrino de alta energía", dijo Gregory Sivakoff, del Universidad de Alberta en Canadá.

Tras la detección de IceCube, los astrónomos observaron el TXS 0506 + 056 con numerosos telescopios y descubrieron que se había iluminado en longitudes de onda que incluían rayos gamma, rayos X y luz visible. El blazar fue observado con el VLA en seis ocasiones entre el 5 de octubre y el 21 de noviembre de 2017.

"Los datos del VLA muestran que la emisión de radio de este blazar variaba mucho en el momento de la detección de neutrinos y durante dos meses después. La frecuencia de radio con la emisión de radio más brillante también estaba cambiando", dijo Sivakoff.

El TXS 0506 + 056 ha sido monitoreado durante varios años con el Very Long Baseline Array (VLBA) de la NSF, un sistema de radiotelescopio en todo el continente que produce imágenes extremadamente detalladas. Las imágenes VLBA de alta resolución han mostrado nudos brillantes de emisión de radio que viajan hacia afuera dentro de los chorros a velocidades cercanas a la de la luz. Los nudos presumiblemente son causados ​​por material más denso expulsado esporádicamente a través del chorro.

"El comportamiento que vimos con el VLA es consistente con la emisión de al menos uno de estos nudos. Es una posibilidad intrigante que tales nudos puedan estar asociados con la generación de rayos cósmicos de alta energía y, por lo tanto, con el tipo de neutrino de alta energía que encontró IceCube. ", Dijo Sivakoff.

Los científicos continúan estudiando TXS 0506 + 056. "Hay muchos fenómenos emocionantes en este objeto", concluyó Sivakoff.

"La era de la astrofísica de mensajeros múltiples está aquí", dijo el director de NSF France Cordova. "Cada mensajero, desde la radiación electromagnética, las ondas gravitacionales y ahora los neutrinos, nos brinda una comprensión más completa del Universo y nuevas e importantes perspectivas sobre los objetos y eventos más poderosos del cielo. Estos avances solo son posibles a través de un largo tiempo. compromiso a largo plazo con la investigación fundamental y la inversión en excelentes instalaciones de investigación ".

Sivakoff y numerosos colegas de instituciones de todo el mundo informan sobre sus hallazgos en la revista. Ciencias.

El Observatorio Nacional de Radioastronomía es una instalación de la National Science Foundation, operada bajo un acuerdo cooperativo por Associated Universities, Inc.

Descargo de responsabilidad: AAAS y EurekAlert! ¡no somos responsables de la precisión de los comunicados de prensa publicados en EurekAlert! por las instituciones contribuyentes o para el uso de cualquier información a través del sistema EurekAlert.


Después de casi un siglo, los esquivos neutrinos CNO finalmente se ven desde el Sol

Por primera vez, los científicos han detectado neutrinos provenientes del núcleo del Sol que comenzaron a través del proceso CNO, un tipo hasta ahora teorizado de fusión nuclear estelar.

Esto es realmente genial, pero tomará un poco de explicación.

Más mala astronomía

Los neutrinos son partículas subatómicas. A diferencia de aquellos con los que está más familiarizado, como los protones y electrones, los neutrinos no tienen carga y tienen una masa muy baja, y De Verdad no me gusta interactuar con la materia normal. Un neutrino puede atravesar la Tierra como si no estuviera allí.

Muchas interacciones subatómicas diferentes pueden producir neutrinos, incluidos varios tipos de fusión nuclear. La fuente más grande que nos rodea es el Sol, porque está fusionando hidrógeno en helio en su núcleo, produciendo algo así como 10 25 (10,000,000,000,000,000,000,000,000) de neutrinos cada segundo. Se disparan en todas direcciones, y cuando llegan a la Tierra, unos 60 mil millones pasan por cada centímetro cuadrado. Mira tu miniatura. Auge. Aproximadamente cien mil millones de neutrinos lo atravesaron mientras leías esta oración.

Un diagrama en corte del Sol que muestra varias capas y características. Los neutrinos se crean en el mismo centro y vuelan fácilmente, a pesar de que hay 700.000 km de Sol por encima del núcleo. Crédito: NASA SpacePlace

Creemos que hay dos tipos de fusión en el Sol. El 99% proviene de lo que se llama cadena protón-protón. Implica varios pasos, pero al final cuatro núcleos de hidrógeno (en realidad, solo protones) se fusionan para formar un solo núcleo de helio, y en el proceso libera neutrinos y mucha energía, suficiente energía, de hecho, para alimentar una estrella.

El otro 1% de la fusión es del ciclo CNO, o ciclo carbono-nitrógeno-oxígeno. También requiere un montón de pasos, pero involucra esos tres elementos en el proceso, y al final hace lo mismo: cuatro protones se fusionan para convertirse en helio, que también libera energía y envía un montón de neutrinos en su camino.

El ciclo CNO. Comenzando en la parte superior y yendo en el sentido de las agujas del reloj, el carbono se fusiona con un protón para formar un isótopo de nitrógeno, que se descompone en un isótopo diferente de carbono, que se fusiona con un protón para formar otro isótopo de nitrógeno, que se fusiona con un protón para formar oxígeno. que decae a un tercer isótopo de nitrógeno, que se fusiona con un protón para formar helio y carbono, y nos vamos de nuevo. En el camino, se crean neutrinos (letra griega nu) y energía en forma de rayos gamma. Crédito: Borb / Wikipedia

El Sol convierte alrededor de 700 millones de toneladas de hidrógeno en 695 millones de toneladas de helio cada segundo, la masa sobrante se convierte en energía e ilumina el Sol. Eso es mucha fusión, por eso el Sol produce tantos neutrinos. Una vez creados, salen volando del Sol casi a la velocidad de la luz.

Algunos vienen a la Tierra. La mayoría nos atraviesa porque, de nuevo, no les gusta interactuar con la materia.

Eso los hace muy difíciles de detectar, pero hay formas. Por ejemplo, si un neutrino choca contra una molécula de 1,2,4-trimetilbenceno, también llamado pseudocumeno, una molécula a base de carbono en forma de anillo, expulsará un electrón y, después de hacer algo de física, un fotón de luz. se emite. Entonces, si tiene un tanque lleno de estas cosas y lo rodea con detectores de luz muy sensibles, se puede registrar el destello ocasional de un evento de neutrinos.

No es tan fácil, por supuesto. Muy pocos neutrinos interactuarán con el pseudocumeno. Entonces necesitas un tanque grande, y necesitas construirlo bajo tierra porque los rayos cósmicos que golpean nuestra atmósfera crean muones que pueden además cree destellos que interfieran con sus resultados, y debe rodearlo con un tanque de agua aún más grande para absorber los muones que aún pasan.

Un diagrama del detector de neutrinos Borexino, ubicado bajo tierra en Italia. Crédito: Agostini et al.

Aún así, eso es exactamente lo que hizo una colaboración internacional de científicos. El observatorio de neutrinos Borexino se encuentra a 1400 metros bajo la roca debajo de la montaña Gran Sasso en Italia. Tiene un globo de nailon de 8,5 metros de ancho relleno con 280 toneladas de pseudocumeno, rodeado por un tanque de agua, rodeado por más de 2200 detectores de fotones muy sensibles.

Encendieron todo y luego esperaron. En el transcurso de julio de 2016 a febrero de 2020 (1072 días), registraron minuciosamente todos los eventos y tuvieron que realizar esfuerzos heroicos para evitar que todas las formas de otras reacciones que también crean pequeños destellos de luz interfieran con su experimento. También tuvieron que distinguir los neutrinos de la cadena protón-protón de los producidos en el ciclo CNO, pero los neutrinos tienen energías diferentes, lo que hace posible separarlos.

Acaban de anunciar sus resultados: ¡Detectaron los neutrinos CNO! Aproximadamente 20 por día interactuaban con el pseudocumene - ¡20 por día, cuando habían pasado sextillones de ellos! - sobre lo que esperaría de la teoría.

De hecho, es importante saber que hasta ahora, solo teníamos teoría que nos decía que el ciclo CNO estaba ocurriendo. No hay forma de obtener mediciones directas del núcleo del Sol, enterrado bajo cientos de miles de kilómetros de, bueno, sol… Excepto a través de neutrinos. El ciclo CNO se teorizó por primera vez en la década de 1930, y ha sido necesario tanto tiempo para detectarlos finalmente.

Una foto del detector Borexino, básicamente el tanque de agua exterior cubierto con aislamiento. Humano incluido para escala. Crédito: Agostini et al.

Existe cierta incertidumbre en las mediciones, pero encontraron que pueden descartar que estos neutrinos no sean del ciclo CNO con un 99% de certeza. En otras palabras, es muy poco probable que sean de otra cosa.

Este es un descubrimiento importante por muchas razones. Por un lado, mientras que la cadena protón-protón domina en el Sol, en estrellas con más de aproximadamente 1,3 veces la masa del Sol, el ciclo de CNO domina (se activa con fuerza a temperaturas más altas), por lo que saber cómo funciona en el Sol nos dice sobre otras estrellas.

Además, la presencia de elementos más pesados ​​(lo que los astrónomos llaman engañosamente rieles, es decir, cualquier elemento más pesado que el hidrógeno y el helio) puede afectar la velocidad de fusión en el ciclo de CNO del Sol, y la cantidad de estos metales no se conoce perfectamente; los diferentes métodos para medirlos producen cantidades ligeramente diferentes, pero lo suficiente como para estropear lo que nosotros saber acerca de la fusión en el núcleo. Este experimento concuerda con los que encuentran un menor contenido de metales. Eso tiene un efecto dominó en muchas otras ideas, incluidos los detalles sobre cómo creemos que se formaron el Sol y los planetas, cómo envejece el Sol y cómo morirá.

Todo eso, desde menos de dos docenas de neutrinos al día, mientras que muchos más pasan desapercibidos. Nunca deja de sorprenderme lo inteligentes que podemos ser los humanos, capaces de descubrir una manera de ver lo invisible y, literalmente, muestrear el Universo a medida que pasa a través de nosotros.


La 'partícula fantasma' de neutrinos detectada en la Antártida conduce a un gran logro en astronomía

DETECTADOS en las profundidades del hielo, los científicos han rastreado una partícula hasta una galaxia volátil en un conjunto de logros para mejorar nuestro conocimiento de la física fundamental.

Fuente de neutrinos descubierta.

Descubierta una fuente de neutrinos

Observaciones multimedios de blazar TXS 0506 + 056. Fuente: Suministrado

EN Un logro revolucionario que los expertos dicen que marcará el comienzo de una nueva era de la astronomía, los científicos pudieron rastrear los orígenes de una partícula subatómica fantasmal que viajó casi 4 mil millones de años luz a la Tierra.

La partícula de energía increíblemente alta, llamada neutrino pero a menudo referida como una & # x201partícula fantasma & # x201D porque son & # x2019 tan pequeñas y difíciles de observar, fue detectada el 22 de septiembre del año pasado por el observatorio IceCube. La instalación remota está ubicada en la Antártida y tiene sensores gigantes que se encuentran a más de un kilómetro por debajo del hielo del Polo Sur.

El Observatorio de Neutrinos IceCube, cerca del Polo Sur, bajo las estrellas. Foto: Felipe Pedreros Fuente: Suministrado

Para los científicos, los neutrinos pueden actuar como mensajeros de la radiación cósmica distante. Viajan casi a la velocidad de la luz, pueden escapar de los entornos más densos como los agujeros negros y pueden rastrearse hasta su fuente de origen.

A pesar de que trillones fluyen a través de su cuerpo cada segundo, no tienen carga eléctrica y, por lo tanto, rara vez interactúan con su entorno, lo que los hace realmente difíciles de encontrar.

La instalación antártica detectó el neutrino durante una rara interacción con un átomo debajo del hielo. Los científicos pudieron rastrearlo hasta una galaxia con un agujero negro supermasivo que giraba rápidamente en su centro, conocido como blazar.

Los científicos creen que cuando el sol era mucho más tenue y la Tierra todavía se estaba formando, el blazar escupió neutrinos y rayos gamma hacia el polo sur de nuestro planeta. Y ahora hemos logrado rastrear uno.

Los blazares son un tipo de galaxia activa. En esta representación artística, un blazar emite neutrinos y rayos gamma que podrían ser detectados por el Observatorio de Neutrinos IceCube, así como por otros telescopios en la Tierra y en el espacio. Imagen: IceCube / NASA Fuente: Suministrado

El logro involucró a un equipo de más de 1000 investigadores y fue publicado hoy en la Revista Ciencias.

Presagia la llegada de una nueva era de la astronomía en la que los investigadores pueden aprender sobre el universo utilizando neutrinos y luz ordinaria. El Washington Post informó.

𠇋lazars may indeed be one of the long-sought sources of very-high-energy cosmic rays, and hence responsible for a sizeable fraction of the cosmic neutrino flux observed by IceCube,” researchers wrote.

The application of the breakthrough has scientists excited about the potential to improve our understanding of the early universe and fundamental physics.

“This identification launches the new field of high-energy neutrino astronomy, which we expect will yield exciting breakthroughs in our understanding of the universe and fundamental physics, including how and where these ultra-high-energy particles are produced,” Doug Cowen, a founding member of the IceCube collaboration and professor of physics, astronomy and astrophysics, said in a statement.

𠇏or 20 years, one of our dreams as a collaboration was to identify the sources of high-energy cosmic neutrinos, and it looks like we’ve finally done it!”


Contenido

The GRAND detector would search for neutrinos, exotic particles emitted by some and the black holes in the center of galaxies. These neutrinos could help astronomers find the source of other energetic particles called ultra-high-energy cosmic rays. When neutrinos reach Earth, they often collide with particles either in the air or on the ground, creating showers of secondary particles. These secondary particles can be picked up by the radio antennas, which lets researchers calculate the trajectory of the initial neutrinos and trace them back to their source. [1] [2] The concept was first published in 2017. [3]

The giant radio detector array would comprise 200,000 low-cost antennas in groups of 10,000 spread out over nearly 200,000 km 2 (80,000 square miles) at different locations around the world. [2] This would make it the largest detector in the world. Construction, installation and networking the 200,000 antennae, would cost approximately $226 million, [1] excluding the price for renting the land and manpower. [4]

The strategy of GRAND is to detect the radio emission coming from particle showers that develop in the terrestrial atmosphere as a result of the interaction of ultra-high energy (UHE) cosmic rays, gamma rays, and neutrinos. [5] Astrophysical tau neutrinos (
ν
τ ) can be detected through extensive air showers (EAS) induced by tau (
τ −
) decays in the atmosphere. [3] The short-lived tau decays in the atmosphere generates an EAS that emits measurable electromagnetic emissions up to frequencies of hundreds of MHz. [3] The antennae are foreseen to operate in the 60-200 MHz band to avoid the short-wave background noise at lower frequencies. [3]

Each individual antenna is a simple Bow-tie design, featuring 3 perpendicular bows with an additional vertical arm to sample all three polarization directions. [5] Each antenna is mounted on a single 5-meter-tall pole, and each antenna in the grid is spaced at 1 km within a square grid. If the full array of 200,000 antennae is built, GRAND would reach an all-flavor sensitivity of 4 x10 −10 GeV cm −2 s −1 sr −1 above 5 x10 17 eV. Because of its sub-degree angular resolution, GRAND will also search for point sources of UHE neutrinos, steady and transient, potentially starting UHE neutrino astronomy, allowing for the discovery and follow-up of large numbers of radio transients, fast radio bursts, giant radio pulses, and for precise studies of the epoch of reionization. [5]

The researchers estimate that GRAND could allow not just the detection of neutrinos, but could also allow a differentiation of the source types, such as galaxy clusters with central sources, fast-spinning newborn pulsars, active galactic nuclei, and afterglows of gamma-ray bursts. [3]

Simulation and experimental work is ongoing on technological development and background rejection strategies. Phase one is called GRANDProto35, that includes 35 antennas and 24 scintillators, deployed in the Tian Shan mountains in China. [3] If a pulse is observed simultaneously in the signals from three or more scintillators, the signals are recorded. As of October 2018, GRANDProto35 is in commissioning phase. [5] So far, the system achieves 100% detection efficiency for trigger rates up to 20 kHz.

The following step is planned for 2020, and its is a dedicated setup called GRANDProto300 within an area of 300 km 2 . [3] The baseline layout is a square grid with a 1 km inter-antenna spacing, just as for later stages. Because GRANDProto300 will not be large enough to detect cosmogenic neutrinos, the viability will be tested using instead extensive air showers initiated by very inclined cosmic rays, thus providing an opportunity to do cosmic-ray science. [5] The site would be hosted at the Chinese provinces of XinJiang, Inner Mongolia, Yunnan, and Gansu. [5] If funded, the later phases would build GRAND10k in 2025, and finally GRAND200k (200,000 receivers) in the 2030s. [5]


Ghosts at the South Pole: How a Giant Ice Cube Has Changed Astronomy Forever | Opinion

About four billion years ago, when the planet Earth was still in its infancy, the axis of a black hole about one billion times more massive than the sun happened to be pointing right to where our planet was going to be on September 22, 2017.

Along the axis, a high-energy jet of particles sent photons and neutrinos racing in our direction at or near the speed of light. The IceCube Neutrino Observatory at the South Pole detected one of these subatomic particles&mdashthe IceCube&mdash170922A neutrino&mdashand traced it back to a small patch of sky in the constellation Orion and pinpointed the cosmic source: a flaring black hole the size of a billion suns, 3.7 billion light years from Earth, known as blazar TXS 0506+056. Blazars have been known about for some time. What wasn't clear was that they could produce high-energy neutrinos. Even more exciting was such neutrinos had never before been traced to its source.

Finding the cosmic source of high-energy neutrinos for the first time, announced on July 12, 2018 by the National Science Foundation, marks the dawn of a new era of neutrino astronomy. Pursued in fits and starts since 1976, when pioneering physicists first tried to build a large-scale high-energy neutrino detector off the Hawaiian coast, IceCube's discovery marks the triumphant conclusion of a long and difficult campaign by many hundreds of scientists and engineers&mdashand simultaneously the birth of a completely new branch of astronomy.

The detection of two distinct astronomical messengers&mdashneutrinos and light&mdashis a powerful demonstration of how so-called multimessenger astronomy can provide the leverage we need to identify and understand some of the most energetic phenomena in the universe. Since its discovery as a neutrino source less than a year ago, blazar TXS 0506+056 has been the subject of intensive scrutiny. Its associated stream of neutrinos continues to provide deep insights into the physical processes at work near the black hole and its powerful jet of particles and radiation, beamed almost directly toward Earth from its location just off the shoulder of Orion.

As three scientists in a global team of physicists and astronomers involved in this remarkable discovery, we were drawn to participate in this experiment for its sheer audacity, for the physical and emotional challenge of working long shifts at in a brutally cold location while inserting expensive, sensitive equipment into holes drilled 1.5 miles deep in the ice and making it all work. And, of course, for the thrilling opportunity to be the first people to peer into a brand new kind of telescope and see what it reveals about the heavens.

A remote, frigid neutrino detector

At an altitude exceeding 9,000 feet and with average summertime temperatures rarely breaking a frigid -22 Fahrenheit, the South Pole may not strike you as the ideal place to do anything, aside from bragging about visiting a place that is so sunny and bright you need sunscreen for your nostrils. On the other hand, once you realize that the altitude is due to a thick coat of ultrapure ice made from several hundred thousand years of pristine snowfall and that the low temperatures have kept it all nicely frozen, then it might not surprise you that for neutrino telescope builders, the scientific advantages outweigh the forbidding environment. The South Pole is now the home of the world's largest neutrino detector, IceCube.

It may seem odd that we need such an elaborate detector given that about 100 billion of these fundamental particles sashay right through your thumbnail each second and glide effortlessly through the entire Earth without interacting with a single earthly atom.

In fact, neutrinos are the second most ubiquitous particles, second only to the cosmic microwave background photons left over from the Big Bang. They comprise one-quarter of known fundamental particles. Yet, because they barely interact with other matter, they are arguably the least well understood.

To catch a handful of these elusive particles, and to discover their sources, physicists need big&mdash0.6 mile-wide&mdashdetectors made of an optically clear material&mdashlike ice. Fortunately Mother Nature provided this pristine slab of clear ice where we could build our detector.

At the South Pole several hundred scientists and engineers have constructed and deployed over 5,000 individual photosensors in 86 separate 1.5-mile-deep holes melted in the polar ice cap with a custom-designed hot-water drill. Over the course of seven austral summer seasons we installed all the sensors. The IceCube array was fully installed in early 2011 and has been taking data continuously since.

This array of ice-bound detectors can sense with great precision when a neutrino flies through and interacts with a few Earthly particles that generate dim patterns of bluish Cherenkov light, given off when charged particles move through a medium like ice at close to light speed.

Blazar emission reaches Earth: Gamma rays (magenta), the most energetic form of light, and elusive particles called neutrinos (gray) formed in the jet of an active galactic nucleus far, far away. The radiation traveled for about 4 billion years before reaching Earth. The IceCube Neutrino Observatory at the South Pole detected the arrival of neutrino IC170922 entering Antarctica on Sept. 22, 2017. After the interaction with a molecule of ice, a secondary high-energy particle&mdasha muon&mdashenters IceCube, leaving a trace of blue light behind it. Credit: NASA's Goddard Space Flight Center/CI Lab/Nicolle R Fuller/NSF/IceCube.

Neutrinos from the cosmos

The Achilles' heel of neutrino detectors is that other particles, originating in the nearby atmosphere, can also trigger these patterns of bluish Cherenkov light. To eliminate these false signals, the detectors are buried deep in the ice to filter out interference before it can reach the sensitive detector. But in spite of being under nearly a mile of solid ice, IceCube still faces an onslaught of about 2,500 such particles every second, each of which could plausibly have been due to a neutrino.

With the expected rate of interesting, real astrophysical neutrino interactions (like incoming neutrinos from a black hole) hovering at about one per month, we were faced with a daunting needle-in-a-haystack problem.

The IceCube strategy is to look only at events with such high energy that they are exceedingly unlikely to be atmospheric in origin. With these selection criteria and several years of data, IceCube discovered the astrophysical neutrinos it had long been seeking, but it could not identify any individual sources&mdashsuch as active galactic nuclei or gamma-ray bursts&mdashamong the several dozen high-energy neutrinos it had captured.

To tease out actual sources, IceCube began distributing neutrino arrival alerts in April 2016 with help from the Astrophysical Multimessenger Observatory Network at Penn State. Over the course of the next 16 months, 11 IceCube-AMON neutrino alerts were distributed via AMON and the Gamma-ray Coordinates Network, just minutes or seconds after being detected at the South Pole.

A new window on the universe

The alerts triggered an automated sequence of X-ray and ultraviolet observations with NASA's Neil Gehrels Swift Observatory and led to further studies with NASA's Fermi Gamma-Ray Space Telescope and Nuclear Spectroscopic Telescope Array, and 13 other observatories around the world.

Swift was the first facility to identify the flaring blazar TXS 0506+056 as a possible source of the neutrino event. The Fermi Large Area Telescope then reported that the blazar was in a flaring state, emitting many more gamma-rays than it had in the past. As the news spread, other observatories enthusiastically jumped on the bandwagon and a broad range of observations ensued. The MAGIC ground-based telescope noted our neutrino came from a region producing very high-energy gamma-rays (each about ten million times more energetic than an X-ray), the first time such a coincidence has ever been observed. Other optical observations completed the puzzle by measuring the distance to blazar TXS 0506+056: about four billion light years from Earth.

With the first-ever identification of a cosmic source of high-energy neutrinos, a new branch on the astronomy tree has sprouted. As high-energy neutrino astronomy grows with more data, improved inter-observatory coordination, and more sensitive detectors, we will be able to map the neutrino sky with better and better precision.

And we expect exciting new breakthroughs in our understanding of the universe to follow suit, such as: solving the century-old mystery of the origin of astoundingly energetic cosmic rays testing if spacetime itself is foamy, with quantum fluctuations at very small distance scales, as predicted by certain theories of quantum gravity and figuring out exactly how cosmic accelerators, like those around the TXS 0506+056 black hole, manage to accelerate particles to such breathtakingly high energies.

For 20 years, the IceCube Collaboration had a dream to identify the sources of high-energy cosmic neutrinos&mdashand this dream is now a reality.

Doug Cowen, professor of physics and professor of astronomy & astrophysics, Pennsylvania State University Azadeh Keivani, Frontiers of Science fellow, Columbia University, and Derek Fox, associate professor of astronomy and astrophysics, Pennsylvania State University. The views expressed in this article are the author's own.

Este artículo se publicó originalmente en The Conversation. Lea el artículo original.


Probing the Universe with Neutrinos

An average neutrino has a 50&ndash50 chance of passing through an entire light-year of lead&mdash9.5 trillion kilometers of dense metal&mdashentirely unscathed. That profound aloofness gives the particles an advantage over other messengers: because they rarely interact with matter, neutrinos point straight back to where they came from. But this is a double-edged sword. An unavoidable consequence of traversing the universe as if it were transparent is that neutrinos typically pass through detectors on Earth in the same way&mdashwithout a trace.

To increase the odds of seeing a neutrino, scientists must build gigantic detectors such as the IceCube experiment at the South Pole, which consists of a cubic kilometer of Antarctic ice fitted with an array of optical sensors. As the world&rsquos largest neutrino observatory, IceCube searches for flashes of light emitted by charged particle showers produced when neutrinos collide with molecules in the ice. In 2018 IceCube reported a neutrino from a giant flaring blazar. And as recently as February, it saw evidence of a neutrino from a star being ripped apart by a black hole.

But at the highest energies, &ldquoIceCube just runs out of steam,&rdquo Vieregg says, noting that it would take at least 100 cubic kilometers of ice to have a reasonable chance of observing the optical traces of ultrahigh-energy neutrinos because particles accelerated to such extreme speeds are exceedingly rare. The issue lies with the spacing between detection units: light can only travel some tens of meters in ice before scattering or being absorbed, so the optical array must be packed densely, strictly limiting achievable detector size.

Thus, the sources of ultrahigh-energy particles remain undiscovered because an IceCube-style observatory of 100 cubic kilometers far surpasses the boundaries of technical and financial feasibility. In their quest to observe the first ultrahigh-energy neutrino, astrophysicists have instead shifted focus to the more economical approach of radio detection. Radio waves can travel hundreds of meters further in ice than optical light, so a sparser array of detection units can be built to cover a much larger volume at a fraction of the cost.

&ldquoRadio is the future,&rdquo says Tonia Venters, an astrophysicist at NASA&rsquos Goddard Space Flight Center. &ldquoI view it as a complementary probe with the potential to do what we&rsquore finding very challenging with other detection techniques.&rdquo


Neutrinos

Suggested Anchor Intro:
Yesterday scientists announced another giant discovery in the physics world. This time, it involves the most powerful explosion in the universe, head-banging stars and a cosmic gold rush. We have NASA scientist *NAME* here to give us a bite-sized astrophysics lesson.

While observing a galaxy 130 million light-years away, NASA scientists became the first to see a gamma-ray burst caused by two neutron stars smashing into each other. Join some of these brilliant minds from 6:00-11:30 a.m. ET on Tuesday, Oct. 17, for a bite-sized astrophysics lesson about an exciting discovery: many precious metals on Earth are remnants of these stellar collisions. This particular explosion produced 500 times the mass of Earth in platinum and 200 times the mass of Earth in gold.

Gamma-ray bursts are the most powerful explosions in the cosmos. Most occur when a massive star collapses under its own weight as it nears the end of its life. For decades scientists have suspected these bursts might also come from something else: collisions between neutron stars, the smallest and densest stars known to exist — they were right. Black holes merge darkly, but neutron stars do so with a splash. Matter is packed so tightly in neutron stars that a sugar cube-sized amount of material would weigh as much as Mount Everest. So, as it turns out, a neutron star merger can fuel the creation of precious metals and scatter them across the universe — precisely how gold, platinum and dozens of other elements arrived at Earth.

We now know that a neutron star merger is powerful enough to cause ripples in space-time, just as a rock thrown into a pond creates ripples in the water. The discovery of these gravitational waves earned three physicists a 2017 Nobel Prize. This neutron star collision marks the first time scientists have been able to pinpoint exactly where gravitational waves originated. This discovery brings remarkable new insights into the physics behind the most powerful explosions in the universe — and a reminder that we're surrounded by the stuff of stars.

Suggested Questions:
1. Walk us through this incredible discovery. What did you see?
2. So, the gold in my ring is stardust? How did these heavy metals get to Earth?
3. This isn't the first time you've seen an explosion like this. Why is this one so special?
4. The science community is pretty excited about gravitational waves. ¿Qué son?
5. Where can we learn more?

Location: NASA's Goddard Space Flight Center/Greenbelt, Maryland

Scientists:
Dr. Brad Cenko / NASA Astrophysicist, Goddard Space Flight Center
Dr. Paul Hertz / Director, Astrophysics Science Division, NASA Headquarters
Dr. Julie McEnery / NASA Astrophysicist, Goddard Space Flight Center

To book a window contact: Micheala Sosby / [email protected] / 301-286-8199

Catching gravitational waves from some of the strongest sources — colliding black holes with millions of times the sun's mass — will take a little longer. These waves undulate so slowly that they won't be detectable by ground-based facilities. Instead, scientists will need much larger space-based instruments, such as the proposed Laser Interferometer Space Antenna, which was endorsed as a high-priority future project by the astronomical community.

A team that includes astrophysicists at NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Md., is looking forward to that day by using computational models to explore the mergers of supersized black holes. Their most recent work investigates what kind of "flash" might be seen by telescopes when astronomers ultimately find gravitational signals from such an event.

To explore the problem, a team led by Bruno Giacomazzo at the University of Colorado, Boulder, and including Baker developed computer simulations that for the first time show what happens in the magnetized gas (also called a plasma) in the last stages of a black hole merger.

In the turbulent environment near the merging black holes, the magnetic field intensifies as it becomes twisted and compressed. The team suggests that running the simulation for additional orbits would result in even greater amplification.

The most interesting outcome of the magnetic simulation is the development of a funnel-like structure — a cleared-out zone that extends up out of the accretion disk near the merged black hole.

The most important aspect of the study is the brightness of the merger's flash. The team finds that the magnetic model produces beamed emission that is some 10,000 times brighter than those seen in previous studies, which took the simplifying step of ignoring plasma effects in the merging disks.