Utilizando as supernovas para estudar as estranhas propriedades dos neutrinos

Num novo estudo, investigadores deram um passo importante para compreender como as estrelas em explosão podem ajudar a revelar como os neutrinos, misteriosas partículas subatómicas, interagem secretamente entre si. 

Quando as estrelas explodem como supernovas, os neutrinos dos seus núcleos transportam enormes quantidades de energia em todas as direções. Crédito: Getty Images 

Os neutrinos, que são das partículas elementares menos bem compreendidas, raramente interagem com a matéria normal e, ao invés, viajam invisivelmente através dela quase à velocidade da luz. Estas partículas fantasmagóricas são mais numerosas do que todos os átomos do Universo e estão sempre a passar inofensivamente pelos nossos corpos, mas devido à sua baixa massa e à ausência de carga elétrica, podem ser incrivelmente difíceis de encontrar e de estudar. 

No entanto, num estudo publicado na revista Physical Review Letters, investigadores da Universidade do Estado do Ohio estabeleceram um novo quadro que explica como as supernovas - explosões massivas que anunciam a morte de estrelas em colapso - podem ser utilizadas como ferramentas poderosas para estudar a forma como as autointerações dos neutrinos podem causar vastas alterações cosmológicas no Universo. 

"Os neutrinos têm apenas taxas de interação muito pequenas com a matéria típica, pelo que é difícil detetá-los e testar as suas propriedades", disse Po-Wen Chang, autor principal do estudo e estudante de física na mesma universidade. "É por isso que temos de usar a astrofísica e a cosmologia para descobrir fenómenos interessantes sobre eles". 

Considerados importantes para a formação do Universo primitivo, os neutrinos continuam a intrigar os cientistas, apesar de se saber que têm origem em várias fontes, como reatores nucleares ou no interior de estrelas moribundas. Mas, calculando a forma como as autointerações afetariam o sinal de neutrinos da Supernova 1987A, a supernova mais próxima observada nos tempos modernos, os investigadores descobriram que, quando os neutrinos interagem entre si, formam um fluido fortemente acoplado que se expande sob a hidrodinâmica relativista - um ramo da física que lida com a forma como os fluxos afetam os objetos sólidos de duas maneiras diferentes. 

No caso do chamado "fluxo de explosão", a equipa teoriza que, tal como rebentar um balão altamente pressurizado no vácuo do espaço empurraria a energia para fora, uma explosão produz um fluido de neutrinos que se move em todas as direções.

O segundo caso, descrito como um "fluxo de vento", imagina um balão altamente pressurizado com muitos bocais, onde os neutrinos escapam a um ritmo mais constante, semelhante a um jato de vento constante. 

Embora a teoria do fluxo de vento seja mais provável de ocorrer na natureza, disse Chang, se o caso da explosão se concretizar, os cientistas poderão ver novas assinaturas observáveis de neutrinos emitidas por supernovas, permitindo uma sensibilidade sem precedentes nas autointerações dos neutrinos. 

Uma das razões pelas quais é tão vital compreender estes mecanismos é que se os neutrinos estão a agir como um fluido, isso significa que estão a agir em conjunto, como um coletivo. E se as propriedades dos neutrinos são diferentes como um coletivo do que individualmente, então a física das supernovas também pode sofrer alterações. Mas ainda não se sabe se estas alterações se devem apenas ao caso da explosão ou ao caso do fluxo de vento. 

"A dinâmica das supernovas é complicada, mas este resultado é prometedor porque, com a hidrodinâmica relativista, sabemos que há uma bifurcação na compreensão do seu funcionamento atual", disse Chang. 

Ainda assim, é necessário fazer mais estudos antes dos cientistas poderem excluir a possibilidade de o caso da explosão ocorrer também no interior das supernovas. 

Apesar destas incertezas, o estudo é um grande marco na resposta a uma questão astrofísica com décadas de existência: como é que os neutrinos se dispersam quando são ejetados das supernovas, disse John Beacom, coautor do estudo e professor de física e astronomia. Este estudo descobriu que, no caso da explosão, é possível uma sensibilidade sem precedentes às autointerações dos neutrinos, mesmo com dados esparsos de neutrinos de SN 1987A e pressupostos de análise conservadores. 

"Este problema permaneceu praticamente intocado durante 35 anos", disse Beacom. "Por isso, embora não tenhamos conseguido resolver completamente a forma como os neutrinos afetam as supernovas, o que nos entusiasma é o facto de termos conseguido dar um passo em frente substancial." 

No futuro, a equipa espera que o seu trabalho seja usado como um trampolim para investigar melhor as autointerações dos neutrinos. No entanto, uma vez que, na Via Láctea, só ocorrem cerca de duas ou três supernovas por século, é provável que os investigadores tenham de esperar décadas para recolher suficientes dados de neutrinos e assim provar as suas ideias. 

"Estamos sempre a rezar para que outra supernova galáctica aconteça algures e em breve, mas o melhor que podemos fazer é tentar desenvolver o mais possível o que sabemos antes que aconteça", disse Chang.

Fonte: Astronomia OnLine