Detector do fundo do mar Mediterrâneo capturou neutrino de energia recorde — sua origem é extragaláctica

O observatório subaquático de neutrinos KM3NeT, que está sendo construído na Europa, relatou seu primeiro resultado único. Os sensores do objeto registraram neutrinos de energia recorde — uma ordem de magnitude, ou até mais, do que qualquer coisa registrada anteriormente. Um estudo dos sinais do detector mostrou que esse “superneutrino” era de origem extragaláctica. Não há uma ligação exata com objetos específicos, mas há algumas pistas.

Detector de partículas antes de mergulhar no fundo do mar. Fonte da imagem: Patrick Dumas/CNRS

Detectar neutrinos é extremamente difícil. Essas partículas interagem fracamente com a matéria — tão fracamente que em certa época elas foram até consideradas candidatas ao papel de matéria escura. Para que um neutrino tenha 50% de chance de se ligar a um único átomo, ele teria que atravessar uma parede de chumbo com um ano-luz de espessura. Além disso, quanto maior a energia do neutrino, menor a chance de detectá-lo. A única razão pela qual essas partículas são detectadas é porque elas são incrivelmente numerosas. Depois dos fótons, os neutrinos são a segunda partícula mais massiva do Universo. Nesse caso, as estatísticas são tudo.

O neutrino recorde foi detectado pelos detectores KM3NeT em 13 de fevereiro de 2023. O artigo foi publicado na Nature em 12 de fevereiro de 2025. Durante todo esse tempo, os cientistas estavam classificando o sinal para evitar cometer erros. Durante todo esse tempo, os cientistas analisaram cuidadosamente o sinal para excluir a possibilidade de erro. Hoje é possível reconstruir o curso aproximado dos acontecimentos.

O neutrino nasceu fora da nossa galáxia. A reconstrução dos dados permitiu determinar a região do céu de onde eles vieram. Atualmente, há 12 blazares observados lá — núcleos galácticos ativos (buracos negros) cujos jatos são direcionados quase diretamente para a Terra. Neutrinos de energias tão altas podem surgir tanto durante os processos mais intensos em tais objetos quanto durante a viagem de jatos de raios cósmicos para a Terra.

O misterioso neutrino atingiu a Terra em um ângulo raso e, atravessando a espessura da crosta terrestre, reagiu com a matéria. Como resultado da interação, o neutrino decaiu, produzindo, entre outras coisas, um múon de alta energia. Este múon energético (e de curta duração) continuou seu movimento e, passando pelo conjunto de detectores do observatório de neutrinos KM3NeT, foi detectado por uma parcela significativa deles. Os primeiros sensores foram até mesmo sobrecarregados pela energia inesperadamente alta do múon.

Fonte da imagem: Nature 2025

A energia do múon variou de 60 a 230 PeV (petaelétron-volts). A energia do neutrino que o produziu deve ter estado na faixa de 120 a 220 PeV ou até mesmo excedido esse limite. Até agora, os neutrinos mais energéticos registrados não ultrapassaram 10 PeV. O “neutrino” que chegou do espaço superou todos os resultados previamente conhecidos sobre essas partículas em pelo menos uma ordem de magnitude e acabou sendo 10.000 vezes mais potente do que pode ser obtido em aceleradores terrestres modernos.

Esta descoberta destaca a importância do observatório KM3NeT em construção. Está apenas 10% concluído agora, mas já trouxe uma experiência incrivelmente produtiva para a ciência. Em sua forma final, o observatório consistirá em dois conjuntos de sensores: um a uma profundidade de 2,5 km da costa da Sicília (ORCA) e outro a uma profundidade de 3,5 km da costa da França (ARCA). Seu lançamento completo acelerará significativamente a pesquisa no campo dos neutrinos, que se tornará uma ferramenta poderosa para estudar os segredos do Universo.