Astronomía de múltiples mensajeros

Coordinación de observaciones astronómicas relacionadas

La astronomía de múltiples mensajeros es la observación e interpretación coordinadas de múltiples señales recibidas del mismo evento astronómico . Muchos tipos de eventos cosmológicos implican interacciones complejas entre una variedad de procesos astrofísicos, cada uno de los cuales puede emitir de forma independiente señales de un tipo de "mensajero" característico: radiación electromagnética (incluidos los rayos infrarrojos , la luz visible y los rayos X ), ondas gravitacionales , neutrinos y rayos cósmicos . Cuando se reciben en la Tierra, la identificación de que las observaciones dispares fueron generadas por la misma fuente puede permitir una mejor reconstrucción o una mejor comprensión del evento, y revela más información sobre la fuente.

Las principales fuentes de mensajeros múltiples fuera de la heliosfera son: pares binarios compactos ( agujeros negros y estrellas de neutrones ), supernovas , estrellas de neutrones irregulares, estallidos de rayos gamma , núcleos galácticos activos y chorros relativistas . ^{[1] [2] [3]} La siguiente tabla enumera varios tipos de eventos y mensajeros esperados.

La detección de un mensajero y la no detección de un mensajero diferente también puede ser informativa. ^[4] La falta de cualquier contraparte electromagnética, por ejemplo, podría ser evidencia que respalde que el remanente es un agujero negro.

Redes

El Sistema de Alerta Temprana de Supernovas (SNEWS), creado en 1999 en el Laboratorio Nacional de Brookhaven y automatizado desde 2005, combina múltiples detectores de neutrinos para generar alertas de supernovas. (Véase también astronomía de neutrinos ).

La Red de Observatorios Astrofísicos Multimensajeros (AMON, por sus siglas en inglés), ^[12] creada en 2013, ^[13] es un proyecto más amplio y ambicioso que facilita el intercambio de observaciones preliminares y fomenta la búsqueda de eventos "subumbral" que no son perceptibles para ningún instrumento individual. Tiene su sede en la Universidad Estatal de Pensilvania.

Hitos

• Década de 1940 : Se identifica que algunos rayos cósmicos se forman en erupciones solares . ^[5]
• 1987 : La supernova SN 1987A emitió neutrinos que fueron detectados en los observatorios de neutrinos Kamiokande -II, IMB y Baksan , un par de horas antes de que la luz de la supernova fuera detectada con telescopios ópticos.
• Agosto de 2017 : Una colisión de estrellas de neutrones en la galaxia NGC 4993 produjo la señal de onda gravitacional GW170817 , que fue observada por la colaboración LIGO / Virgo . Después de 1,7 segundos, fue observada como el estallido de rayos gamma GRB 170817A por el Telescopio Espacial de Rayos Gamma Fermi e INTEGRAL , y su contraparte óptica SSS17a fue detectada 11 horas después en el Observatorio Las Campanas , luego por el Telescopio Espacial Hubble y la Cámara de Energía Oscura . Las observaciones ultravioletas del Observatorio Neil Gehrels Swift , las observaciones de rayos X del Observatorio de rayos X Chandra y las observaciones de radio del Karl G. Jansky Very Large Array complementaron la detección. Este fue el primer evento de ondas gravitacionales observado con una contraparte electromagnética, lo que marcó un avance significativo para la astronomía de múltiples mensajeros. ^[14] La no observación de neutrinos se atribuyó a que los chorros estaban fuertemente fuera del eje. ^[15] En octubre de 2020, los astrónomos informaron sobre una emisión persistente de rayos X de GW170817/GRB 170817A/SSS17a. ^[16]
• Septiembre de 2017 (anunciado en julio de 2018): El 22 de septiembre, la Colaboración IceCube registró el evento de neutrinos de energía extremadamente alta ^[17] (aproximadamente 290 TeV) IceCube-170922A ^[18] , ^{[19] [20]} que envió una alerta con coordenadas para la posible fuente. La detección de rayos gamma por encima de 100 MeV por parte de la Colaboración Fermi-LAT ^[21] y entre 100 GeV y 400 GeV por parte de la Colaboración MAGIC ^[22] desde el blazar TXS 0506+056 (reportados el 28 de septiembre y el 4 de octubre, respectivamente) se consideró posicionalmente consistente con la señal de neutrinos. ^[23] Las señales pueden explicarse por protones de energía ultraalta acelerados en chorros de blazar, que producen piones neutros (que se desintegran en rayos gamma) y piones cargados (que se desintegran en neutrinos). ^[24] Esta es la primera vez que se ha utilizado un detector de neutrinos para localizar un objeto en el espacio y se ha identificado una fuente de rayos cósmicos. ^{[23] [25] [26] [27] [28]}
• Octubre de 2019 (anunciado en febrero de 2021): el 1 de octubre, se detectó un neutrino de alta energía en IceCube y las mediciones de seguimiento en luz visible, ultravioleta, rayos X y ondas de radio identificaron el evento de disrupción de marea AT2019dsg como posible fuente. ^[10]
• Noviembre de 2019 (anunciado en junio de 2022): un segundo neutrino de alta energía detectado por IceCube asociado con un evento de disrupción de marea AT2019fdr. ^[29]
• Junio ​​de 2023 : Los astrónomos utilizaron una nueva técnica de neutrinos en cascada ^[30] para detectar, por primera vez, la liberación de neutrinos del plano galáctico de la Vía Láctea , creando el primer mapa galáctico basado en neutrinos. ^{[31] [32]}

Referencias

1. Bartos, Imre; Kowalski, Marek (2017). Astronomía multimensajero . IOP Publishing. Bibcode :2017muas.book.....B. doi :10.1088/978-0-7503-1369-8. ISBN 978-0-7503-1369-8.
2. Franckowiak, Anna (2017). "Astronomía multimensajero con neutrinos". Journal of Physics: Conference Series . 888 (12009): 012009. Bibcode :2017JPhCS.888a2009F. doi : 10.1088/1742-6596/888/1/012009 .
3. Branchesi, Marica (2016). "Astronomía de mensajeros múltiples: ondas gravitacionales, neutrinos, fotones y rayos cósmicos". Journal of Physics: Conference Series . 718 (22004): 022004. Bibcode :2016JPhCS.718b2004B. doi : 10.1088/1742-6596/718/2/022004 .
4. Abadie, J.; et al. (The LIGO Collaboration) (2012). "Implicaciones para los orígenes de GRB 051103 a partir de las observaciones de LIGO". The Astrophysical Journal . 755 (1): 2. arXiv : 1201.4413 . Bibcode :2012ApJ...755....2A. doi :10.1088/0004-637X/755/1/2. S2CID  15494223.
5. Spurio, Maurizio (2015). Partículas y astrofísica: un enfoque multimensajero . Biblioteca de Astronomía y Astrofísica. Springer. p. 46. doi :10.1007/978-3-319-08051-2. ISBN 978-3-319-08050-5.
6. Supernova Theory Group: Catálogo de firmas de ondas gravitacionales de supernovas por colapso del núcleo
7. "No hay emisión de neutrinos en una fusión de estrellas binarias de neutrones". 16 de octubre de 2017. Consultado el 20 de julio de 2018 .
8. Colaboración IceCube*†; Abbasi, R.; Ackermann, M.; Adams, J.; Aguilar, JA; Ahlers, M.; Ahrens, M.; Alameddine, JM; Alispach, C.; Alves, AA; Amin, NM; Andeen, K.; Anderson, T.; Anton, G.; Argüelles, C. (4 de noviembre de 2022). "Evidencia de emisión de neutrinos de la galaxia activa cercana NGC 1068". Science . 378 (6619): 538–543. arXiv : 2211.09972 . Código Bibliográfico :2022Sci...378..538I. doi :10.1126/science.abg3395. hdl :1854/LU-01GSA90WVKWXWD30RYFKKK1XC6. ISSN  0036-8075. PMID  36378962. S2CID  253320297.
9. Staff (3 de noviembre de 2022). «Los neutrinos de IceCube nos ofrecen una primera visión de las profundidades internas de una galaxia activa». IceCube . Consultado el 23 de noviembre de 2022 .
10. Un evento de disrupción de marea coincidente con un neutrino de alta energía (preimpresión gratuita)
11. Reusch, Simeón; Stein, Robert; Kowalski, Marek; van Velzen, Sjoert; Franckowiak, Anna; Lunardini, Cecilia; Murase, Kohta; Invierno, Walter; Miller-Jones, James CA; Kasliwal, Mansi M.; Gilfanov, Marat (3 de junio de 2022). "Evento candidato de interrupción de marea AT2019fdr coincidente con un neutrino de alta energía". Cartas de revisión física . 128 (22): 221101. arXiv : 2111.09390 . Código Bib : 2022PhRvL.128v1101R. doi : 10.1103/PhysRevLett.128.221101. hdl : 20.500.11937/90027. Número de modelo: PMID  35714251. Número de modelo: S2CID  244345574.
12. Página de inicio de AMON
13. Smith, MWE; et al. (mayo de 2013). "La red de observatorios astrofísicos multimensajeros (AMON)" (PDF) . Astroparticle Physics . 45 : 56–70. arXiv : 1211.5602 . Bibcode :2013APh....45...56S. doi :10.1016/j.astropartphys.2013.03.003. hdl :2060/20140006956. S2CID  55937718.
14. Landau, Elizabeth; Chou, Felicia; Washington, Dewayne; Porter, Molly (16 de octubre de 2017). «Misiones de la NASA captan la primera luz de un evento de ondas gravitacionales». NASA . Consultado el 17 de octubre de 2017 .
15. Albert, A.; et al. (ANTARES, IceCube y el Observatorio Pierre Auger) (16 de octubre de 2017). "Búsqueda de neutrinos de alta energía de la fusión de estrellas binarias de neutrones GW170817 con ANTARES, IceCube y el Observatorio Pierre Auger". The Astrophysical Journal . 850 (2): L35. arXiv : 1710.05839 . Bibcode :2017ApJ...850L..35A. doi : 10.3847/2041-8213/aa9aed . S2CID  217180814.
16. Starr, Michelle (12 de octubre de 2020). "Los astrónomos detectan un resplandor inquietante que aún irradia tras la colisión de estrellas de neutrones años después". ScienceAlert . Consultado el 4 de enero de 2023 .
17. Finkbeiner, A. (22 de septiembre de 2017). "La nueva era de la astronomía multimensajero". Scientific American . 318 (5): 36–41. doi :10.1038/scientificamerican0518-36. PMID  29672499.
18. https://gcn.gsfc.nasa.gov/gcn/gcn3/21916.gcn3 ^{[ URL del archivo de texto sin formato ]}
19. Cleary, D. (12 de julio de 2018). "Una partícula fantasma atrapada en el hielo polar abre una nueva forma de observar el universo". Science . doi :10.1126/science.aau7505. S2CID  126347626.
20. Colaboración IceCube (12 de julio de 2018). "Emisión de neutrinos desde la dirección del blazar TXS 0506+056 antes de la alerta IceCube-170922A". Science . 361 (6398): 147–151. arXiv : 1807.08794 . Bibcode :2018Sci...361..147I. doi :10.1126/science.aat2890. PMID  30002248. S2CID  133261745.
21. "ATel #10791: Detección por Fermi-LAT de una mayor actividad de rayos gamma de TXS 0506+056, ubicado dentro de la región de error IceCube-170922A".
22. Mirzoyan, Razmik (4 de octubre de 2017). "ATel #10817: detección por primera vez de rayos gamma VHE por MAGIC desde una dirección consistente con el reciente evento de neutrinos EHE IceCube-170922A". Astronomerstelegram.org . Consultado el 16 de julio de 2018 .
23. Aartsen; et al. (Los equipos IceCube Collaboration, Fermi-LAT, MAGIC, AGILE, ASAS-SN, HAWC, HESS, INTEGRAL, Kanata, Kiso, Kapteyn, Liverpool Telescope, Subaru, Swift/NuSTAR, VERITAS, VLA/17B-403) (12 de julio 2018). "Observaciones multimensajero de un blazar en llamas coincidente con el neutrino de alta energía IceCube-170922A". Ciencia . 361 (6398): comer1378. arXiv : 1807.08816 . Código Bib : 2018 Ciencia... 361.1378I. doi : 10.1126/ciencia.aat1378. Número de modelo: PMID  30002226. Número de modelo: S2CID  49734791.
24. De Angelis, Alessandro; Pimenta, Mario (2018). Introducción a la física de partículas y astropartículas (astronomía de mensajeros múltiples y sus fundamentos de física de partículas) . Springer. doi :10.1007/978-3-319-78181-5. ISBN . 978-3-319-78181-5.
25. Aartsen; et al. (IceCube Collaboration) (12 de julio de 2018). "Emisión de neutrinos desde la dirección del blazar TXS 0506+056 antes de la alerta IceCube-170922A". Science . 361 (6398): 147–151. arXiv : 1807.08794 . Bibcode :2018Sci...361..147I. doi :10.1126/science.aat2890. PMID  30002248. S2CID  133261745.
26. Overbye, Dennis (12 de julio de 2018). "Provino de un agujero negro y aterrizó en la Antártida. Por primera vez, los astrónomos siguieron a los neutrinos cósmicos hasta el corazón de un blazar supermasivo que escupe fuego". The New York Times . Consultado el 13 de julio de 2018 .
27. "Neutrino que impactó en la Antártida se remonta a una galaxia a 3.700 millones de años luz de distancia". The Guardian . 12 de julio de 2018 . Consultado el 12 de julio de 2018 .
28. "Revelan la fuente de la partícula 'fantasma' cósmica". BBC . 12 de julio de 2018 . Consultado el 12 de julio de 2018 .
29. Buchanan, Mark (3 de junio de 2022). "Neutrinos de un bocadillo de un agujero negro". Física . 15 : 77. Código Bibliográfico :2022PhyOJ..15...77B. doi : 10.1103/Physics.15.77 . S2CID  251078776.
30. Wright, Katherine (2023). "La Vía Láctea vista a través de neutrinos". Física . 16 . Física 16, 115 (29 de junio de 2023): 115. Bibcode :2023PhyOJ..16..115W. doi : 10.1103/Physics.16.115 . Kurahashi Neilson fue el primero en tener la idea de usar neutrinos en cascada para mapear la Vía Láctea en 2015.
31. Chang, Kenneth (29 de junio de 2023). «Los neutrinos construyen un mapa fantasmal de la Vía Láctea: los astrónomos detectaron por primera vez neutrinos originados en nuestra galaxia local utilizando una nueva técnica». The New York Times . Archivado desde el original el 29 de junio de 2023. Consultado el 30 de junio de 2023 .
32. IceCube Collaboration (29 de junio de 2023). «Observación de neutrinos de alta energía desde el plano galáctico». Science . 380 (6652): 1338–1343. arXiv : 2307.04427 . doi :10.1126/science.adc9818. PMID  37384687. Archivado desde el original el 30 de junio de 2023 . Consultado el 30 de junio de 2023 .

Enlaces externos

• Sitio web de AMON