KM3NeT [una infraestructura de investigación submarina europea] ha conseguido detectar un evento de muy alta energía, llamado KM3-230213A, asociado con neutrinos cósmicos.  

El telescopio submarino KM3NeT se ubica a gran profundidad en el Mediterráneo y consta de dos modalidades: el detector ARCA, cerca de Sicilia (Italia), principalmente enfocado a la astronomía de neutrinos y el detector ORCA, cerca de la costa mediterránea francesa, optimizado para el estudio de las oscilaciones de los neutrinos atmosféricos. Ambos detectores aún no se han finalizado pero ya son operativos. Una vez terminado, el telescopio KM3NET alcanzará proporciones del orden del kilómetro cúbico.  

Cuando un neutrino de alta energía interactúa en las proximidades del detector, crea partículas cargadas que emiten radiación luminosa.   

Aún con sus detectores todavía en construcción, KM3NeT/ARCA ha conseguido observar la señal de un muon (una partícula cargada, parecida al electrón pero más pesado) de muy alta energía, del orden de ~120 PeV (peta-electronvoltios). En vista de su enorme energía y dirección casi horizontal, esta señal parece poderse asociar a un neutrino de origen cósmico, con una energía estimada de ~220 PeV.   

Con este resultado, la colaboración KM3NeT reporta evidencias de la observación del neutrino cósmico de mayor energía detectado hasta la fecha. Se trata de un resultado extremadamente importante que confirma el papel de absoluta relevancia de los telescopios de neutrinos en la astronomía de multimensajeros. Previamente, otro telescopio (IceCube, ubicado en el Polo Sur) había anunciado la observación de neutrinos del PeV, pero (más de) 10 veces menos energéticos que KM3-230213A. Hay que señalar también la complementariedad entre los dos experimentos, KM3NeT e IceCube, cada uno mayormente sensible a neutrinos procedentes de diferentes direcciones del cielo.  

El estudio de KM3NeT es de gran calidad y sugiere que el neutrino puede haber tenido su origen en un acelerador cósmico diferente de los que originan los neutrinos cósmicos de energía más baja. Alternativamente, esta podría ser la primera detección de un neutrino cosmogénico, es decir, resultante de las interacciones de rayos cósmicos de ultra-alta energía con fotones de fondo cósmico en el universo. Las fuentes de neutrinos extragalácticos más probables para el evento KM3-230213A deberían ser núcleos galácticos activos y blazares (núcleos brillantes de galaxias activas). Los investigadores han identificado algunas fuentes blazares que podrían ser compatibles con la dirección estimada desde la cual viajó el neutrino; sin embargo, hasta ahora, ninguna de ellas ha sido identificada claramente como la fuente astrofísica del neutrino.   

Tampoco se descartan otros posibles orígenes, por ejemplo, relacionados con nueva física, como podría ser un candidato a materia oscura muy masivo.  

Está claro que este resultado es un gran avance en la astronomía de neutrinos, ya que proporciona pruebas de la existencia de neutrinos de ultra-alta energía en la naturaleza, a energías previamente inexploradas.  

Por otro lado, abre nuevas preguntas sobre su origen. Su investigación más detallada, así como las observaciones futuras, nos permitirán entender mejor cuáles son los mecanismos físicos que dan origen a neutrinos de muy alta energía.

Con solo un 10 % de su tamaño final en operación, el experimento KM3NeT/ARCA ha logrado detectar el neutrino más energético observado hasta la fecha, con una energía 30 veces superior a la de los neutrinos previamente registrados por el telescopio de neutrinos IceCube, ubicado en el Polo Sur.  

El artículo publicado por la colaboración internacional KM3NeT contiene un estudio riguroso, que analiza en profundidad las principales propiedades del suceso detectado, como son su energía y dirección de llegada, así como el posible origen del neutrino que desencadena la señal observada.  

Hasta la fecha no se habían observado neutrinos de energías tan altas, lo que sugiere que este tipo de neutrinos no son muy abundantes. En este trabajo se analiza la coherencia de la señal detectada con la ausencia de detecciones en otros experimentos, como los telescopios de neutrinos IceCube (ubicado en el Polo Sur) y ANTARES (predecesor de KM3NeT) o el detector de rayos cósmicos Pierre Auger (en Argentina). Según estos resultados previos, se esperaría observar un solo evento como el registrado en 70 años de funcionamiento del experimento KM3NeT. Aun así, se estima que la señal observada se trataría de una fluctuación estadística compatible con los resultados anteriores. Esta observación supone, por tanto, la primera evidencia de la existencia de neutrinos con energías extremadamente altas en la naturaleza.  

Además de su energía, otro aspecto crucial que aborda este estudio es el origen de la señal observada. Según el análisis presentado, es poco probable que haya sido generada por un muón o un neutrino atmosférico, lo que apunta a un posible origen cósmico. En tal caso, podría tratarse de un neutrino cósmico proveniente de un acelerador astrofísico, como un núcleo galáctico activo (AGN), o de un neutrino cosmogénico, producido en la interacción de rayos cósmicos con los fotones del fondo cósmico de microondas. Este último tipo de neutrino aún no ha sido detectado, lo que resalta la relevancia de la observación realizada.  

La principal limitación de este trabajo radica en la dificultad de identificar el origen de la señal, especialmente cuando se cuenta con un único neutrino. La búsqueda en distintos catálogos no ha revelado ninguna fuente transitoria coincidente con el suceso, pero sí ha permitido identificar hasta 12 blazars (un tipo de AGN) en sus proximidades, que podrían ser el origen de la emisión. No obstante, por el momento, este resultado no es concluyente. La instalación completa de KM3NeT/ARCA aumentará significativamente la sensibilidad del detector a sucesos de muy altas energías, mejorando así su capacidad para identificar las fuentes de estos neutrinos cósmicos.

El reciente resultado de la colaboración KM3NeT es, sin duda, sorprendente. Resulta excitante, pero es tan excepcional que nos obliga a ser cautos. Son varias las explicaciones a un evento tan extraordinario, y todas ellas cuentan con una baja probabilidad a priori. 

La explicación más natural (que se trata del primer neutrino de origen cosmogénico, el conocido fondo GZK) choca con la dificultad de que IceCube (el otro telescopio de neutrinos operativo) no haya detectado ningún evento. El propio artículo analiza esta posibilidad, que tendría una probabilidad de aproximadamente el 1 % (hay que pensar que IceCube tiene actualmente un volumen 10 veces mayor y lleva 10 veces más tiempo tomando datos). 

Otra posibilidad es que se trate de una fuente astrofísica [que llegaría de forma puntual y no de manera uniforme y de todas las direcciones, como lo haría la que llamamos cosmogénica], pero de los posibles candidatos identificados, no se ha observado actividad anómala en ninguno de ellos con otros instrumentos. 

Queda una última posibilidad. La colaboración ha hecho un análisis muy riguroso de los datos y de hecho ha tardado dos años en publicar el resultado, pero el valor de energía asignado a este evento es una estimación que depende de muchos procesos intermedios, cada uno de ellos afectado de ciertas incertidumbres. Cabe la posibilidad de que se hayan ‘alineado’ todos ellos para producir una señal anormalmente alta aun cuando el neutrino original fuese de una energía sensiblemente menor y por tanto menos excepcional. 

En cualquier caso, la solución al enigma pasa por acumular más datos, en particular una vez KM3NeT alcance su tamaño final. Cabe señalar que el propio IceCube está comenzando las campañas para ampliar también su volumen, por lo que es de esperar que en lo que resta de década tengamos una respuesta a este problema. Desde luego, son tiempos excitantes para la astrofísica y la cosmología; estamos viviendo en directo el nacimiento de una nueva forma de mirar al universo, y este evento nos confirma que KM3NeT es ya una realidad. Mi más sincera enhorabuena a la colaboración.