As estrelas, aparentemente calmas e eternas, encontram ocasionalmente a sua morte no ballet cataclísmico de uma supernova. Embora o espetáculo seja inspirador, os segredos escondidos nestas explosões celestiais continuam a escapar-nos.
Os detetores de neutrinos são a chave para desvendar os mistérios das supernovas e oferecer vislumbres da física de partículas.
Uma estrela algures no Universo entra em colapso a cada 10 segundos, sucumbindo ao seu destino antes de irromper numa supernova. Apesar da sua omnipresença, os fatores que desencadeiam estas explosões cósmicas, especificamente as supernovas de colapso do núcleo, continuam a ser desconhecidos.
Os cientistas suspeitam que os neutrinos desempenham um papel fundamental nestes acontecimentos astronómicos. A perspetiva de observar estes neutrinos nas condições extremas de uma supernova promete revelar uma compreensão mais profunda da física de partículas, sublinha a New Scientist.
O senão, porém, é que são raras as supernovas suficientemente próximas para podermos estudá-las em pormenor. A última que esteve ao alcance da observação ocorreu em 1987.
Os 25 neutrinos capturados nesse acontecimento ainda confundem os investigadores, sublinhando a urgência de nos prepararmos para o próximo evento. Os físicos de neutrinos de todo o mundo estão numa corrida contra o tempo, construindo uma nova geração de detetores de neutrinos prontos a captar os segredos da próxima supernova.
Os neutrinos, frequentemente apelidados de partículas fantasmagóricas, foram teorizados por Wolfgang Pauli em 1930 para explicar a aparente violação da conservação da energia em certas formas de decaimento radioativo.
Estas partículas esquivas, sem massa e sem carga, atravessam os nossos corpos sem serem notadas, aos milhares de milhões, a cada segundo, revelando-se apenas através de interações ocasionais através da força nuclear fraca. Os neutrinos são a chave para o avanço da nossa compreensão da física das partículas para além do atual modelo padrão.
O modelo padrão retrata os neutrinos como partículas sem massa com três formatos distintos: eletrão, muão e tau. No entanto, as experiências indicam oscilações de neutrinos, sugerindo que podem transformar-se, um fenómeno impossível se fossem verdadeiramente sem massa.
Esta discrepância põe em causa o modelo padrão, indicando a necessidade de uma teoria mais abrangente. Experiências de neutrinos em todo o mundo, incluindo a Deep Underground Neutrino Experiment (DUNE), Hyper-Kamiokande (Hyper-K) e o Jiangmen Underground Neutrino Observatory (JUNO), têm como objetivo descobrir os segredos destas partículas esquivas.
Estas experiências envolvem o disparo de intensos feixes de neutrinos através de enormes cubas de líquido, permitindo aos investigadores observar interações ocasionais como flashes de luz. Os dados recolhidos ajudarão a desvendar os mistérios das oscilações dos neutrinos, fornecendo informações sobre o seu comportamento e potencialmente revelando a existência de novas partículas para além do modelo padrão.
Os neutrinos de supernovas, gerados nas condições ultra-densas de uma estrela em colapso, são de particular interesse. Ao contrário dos feixes de neutrinos controlados dos aceleradores, os núcleos das supernovas são caóticos e mal compreendidos.
As simulações computorizadas de supernovas em colapso enfrentam desafios, com ondas de choque que muitas vezes impedem a explosão. O ingrediente que falta nestas simulações pode estar na nossa compreensão incompleta dos neutrinos.
Análises recentes sugerem discrepâncias entre as simulações de supernovas e os dados da SN1987a, a mais recente supernova observável. O número de neutrinos detetados ficou aquém das previsões, sugerindo a existência de potenciais novas partículas para além do modelo padrão.
Isto abre a porta à exploração da matéria negra, com as supernovas a atuarem potencialmente como fábricas de matéria negra, escreve a New Scientist.
As supernovas constituem uma oportunidade para detetar partículas que se acoplam através da força nuclear fraca, proporcionando laboratórios para testar teorias fundamentais da natureza. Além disso, a observação de uma paragem súbita na explosão de neutrinos pode indicar a formação de um buraco negro, oferecendo aos astrónomos uma janela única para estes fenómenos.
O recente escurecimento de Betelgeuse, uma estrela gigante vermelha, deu origem a especulações sobre uma supernova iminente, mas observações posteriores sugeriram que a causa seria uma nuvem de poeira. A próxima supernova galáctica pode irromper de qualquer parte da Via Láctea ou de uma galáxia vizinha em qualquer altura.
Os físicos de neutrinos esperam que a próxima supernova coincida com a prontidão de detetores avançados. Os dados recolhidos por estes detectores durante um tal acontecimento poderão ser revolucionários, fornecendo conhecimentos sem paralelo sobre a dinâmica das explosões de supernovas, o comportamento dos neutrinos e, potencialmente, revelando novos domínios da física de partículas.
