IceCube
O IceCube é o maior telescópio de neutrinos do mundo. Ele não consiste em um tanque, mas em um quilômetro cúbico de gelo antártico — permeado por sensores de luz que pendem no fundo de perfurações.
A instalação fica no polo Sul geográfico, imediatamente junto à estação Amundsen-Scott, e foi concluída em dezembro de 2010.
O dispositivo
5 160 sensores de luz esféricos pendem de 86 cabos de aço em profundidades entre 1 450 e 2 450 metros. Cada esfera contém um fotomultiplicador e a eletrônica correspondente; ela precisa resistir à pressão e não pode falhar ao longo de décadas, pois nunca mais será acessível.
As perfurações foram abertas por fusão com água quente — um furo de 2,5 quilômetros de profundidade em cerca de dois dias. Depois a água volta a congelar em torno dos sensores e os encerra para sempre.
A detecção ocorre por meio da radiação Cherenkov. Um neutrino gera, ao interagir no gelo, uma partícula carregada cujo cone de luz é captado pelos sensores. A partir dos tempos de chegada nas diferentes esferas reconstroem-se a direção e a energia.
Por que gelo
O gelo profundo antártico é surpreendentemente transparente — mais transparente que qualquer água purificada artificialmente, porque a pressão expulsou ao longo de milênios todas as bolhas de ar.
Ele é, além disso, gratuito, está disponível em quantidade arbitrária e é escuro. E blinda: acima dos sensores há um quilômetro e meio de gelo, que retém a maior parte dos múons cósmicos.
A desvantagem em relação à água é o espalhamento. O gelo contém contornos de grão e camadas de poeira de épocas climáticas passadas, nas quais a luz muda de direção. Por isso a determinação da direção é menos precisa que a do KM3NeT no Mediterrâneo.
A Terra como filtro
Um artifício é o que torna o telescópio utilizável. De cima chovem constantemente múons da atmosfera — milhões de vezes mais frequentes que qualquer evento de neutrino.
Por isso o IceCube olha para baixo. Os neutrinos que vêm do hemisfério norte atravessam a Terra inteira e entram no detector por baixo. Todo o resto é barrado pelo planeta.
O polo Sul olha assim para o céu do norte.
O que foi encontrado
2013 — os primeiros neutrinos cósmicos. A colaboração relatou eventos com energias na faixa do petaelétron-volt, mil vezes acima de tudo o que os aceleradores produzem. Sua distribuição no céu mostrou que eles têm de vir de fora de nossa galáxia. Os três primeiros receberam apelidos da Vila Sésamo.
2017 — a primeira fonte nomeada. Em 22 de setembro o IceCube registrou um neutrino de alta energia e emitiu em poucos minutos um alerta automático a observatórios do mundo inteiro. Telescópios apontaram para o local e encontraram ali um blazar — o núcleo ativo de uma galáxia distante com a designação TXS 0506+056, que estava justamente em erupção.
Pela primeira vez foi possível atribuir um único neutrino cósmico a uma fonte nomeada. O episódio é tido como exemplo modelar de astronomia multimensageira.
2023 — a Via Láctea em neutrinos. De dez anos de dados surgiu um mapa de nossa própria galáxia, traçado não com luz, mas com partículas. Nele brilha o disco galáctico — a mesma estrutura que se vê no céu noturno como Via Láctea, apenas em um mensageiro completamente diferente.
O que mais o IceCube realiza
O detector mede neutrinos atmosféricos e determina a partir deles parâmetros de oscilação. A região interna mais densamente equipada, DeepCore, reduz o limiar de detecção para esse fim.
No caso de uma supernova em nossa galáxia, o clareamento simultâneo de todos os sensores daria um sinal, mesmo sem resolver eventos individuais.
Está planejado o IceCube-Gen2, com aproximadamente o óctuplo do volume.
Termos relacionados
- Astronomia de neutrinos — o campo de pesquisa
- KM3NeT — a contraparte no Mediterrâneo
- Radiação Cherenkov — o princípio de detecção
- Múons cósmicos — o fundo
Fontes
- Colaboração IceCube: Evidence for High-Energy Extraterrestrial Neutrinos, Science 342, 1242856 (2013).
- Colaboração IceCube et al.: Multimessenger observations of a flaring blazar, Science 361, eaat1378 (2018).
- Colaboração IceCube: Observation of high-energy neutrinos from the Galactic plane, Science 380, 1338 (2023).