El primer detector de neutrinos basado en el espacio fue puesto en órbita la semana pasada, con el objetivo de estudiar estas esquivas partículas que bombardean constantemente la Tierra. La misión validará tecnologías clave que en el futuro podrían ayudar a desvelar los procesos ocultos que ocurren en las profundidades del Sol.

El instrumento, fabricado con cristales de galio y tungsteno, viaja a bordo de un CubeSat 3U de aproximadamente 30 centímetros de largo y 10 de ancho. Operará durante cerca de dos años en una órbita a 500 kilómetros de altitud. El pequeño satélite fue lanzado el 3 de mayo como parte de la misión de viaje compartido CAS500-2 de SpaceX.

El proyecto, denominado SNAPPY (siglas en inglés de Proyecto de Física de Partículas Astrofísicas de Neutrinos Solares), es una iniciativa liderada por Nicholas Solomey, profesor del Departamento de Física y Matemáticas de la Universidad Estatal de Wichita. Su propósito es verificar tecnologías fundamentales para una futura misión de detección de neutrinos en las cercanías del Sol. En declaraciones a Space.com, Solomey explicó: «En la Tierra los neutrinos detectables son muy escasos, por lo que se necesitan detectores enormes. Pero cerca del Sol la cantidad de neutrinos es mil veces mayor o más. Eso significa que un detector de un kilogramo enviado allí tendría una eficacia equivalente a la de un detector terrestre de mil kilogramos».

Los neutrinos casi no tienen masa y se generan en desintegraciones radiactivas naturales, en reactores nucleares y en los procesos de fusión que ocurren en el interior de las estrellas. Según datos del Departamento de Energía de Estados Unidos, son las partículas más abundantes del universo: cada segundo, billones de ellas atraviesan el cuerpo humano, pero resultan extremadamente difíciles de capturar.

Esta dificultad se debe a su masa casi nula y a la ausencia de carga eléctrica. Para detectarlos en la Tierra es necesario construir colosales detectores enterrados a gran profundidad. La probabilidad de que un neutrino interactúe con la materia es ínfima, gobernada por la fuerza nuclear débil que rige los procesos radiactivos.

Cuando un neutrino impacta contra un núcleo atómico, puede transformarse en un electrón y generar partículas más exóticas, como muones o tauones. Para asegurarse de que estos muones y electrones realmente provienen de reacciones de neutrinos, los detectores deben situarse bajo tierra, protegidos de otras partículas cósmicas. El mayor detector de neutrinos del mundo, el Observatorio de Neutrinos Subterráneo de Jiangmen en China, se encuentra a 700 metros de profundidad, mientras que el observatorio IceCube, en la Antártida, está instalado entre 1.450 y 2.450 metros bajo el hielo.

Desde el Big Bang, el espacio interestelar está lleno de neutrinos. Una gran parte proviene del interior del Sol y otra de explosiones lejanas de supernovas, esos estallidos finales en los que el núcleo de una estrella agota su combustible y lanza neutrinos al cosmos, algunos de los cuales alcanzan la Tierra.

La altísima concentración de neutrinos en las inmediaciones del Sol es precisamente el foco del equipo de Solomey. El detector SNAPPY, que ahora se prueba en órbita, tiene un objetivo muy claro: verificar si la detección de neutrinos es viable en el entorno espacial. El CubeSat incorpora un detector basado en galio, un material mucho más sensible a las colisiones de neutrinos que los detectores de argón habituales en tierra.

Solomey confía en que, si las pruebas resultan exitosas, la NASA se plantee integrar detectores de neutrinos en futuras misiones de exploración solar.

«No solo podremos detectar interacciones de neutrinos solares a gran escala, sino también mejorar la resolución espacial para trazar la estructura de las capas de fusión que rodean el núcleo solar. Al mismo tiempo, podremos realizar estudios de física de partículas y seguir la propagación de los neutrinos solares desde el interior del Sol hasta que escapan al espacio profundo, e incluso hasta que llegan a la Tierra», detalló Solomey.

Gracias a la elevada sensibilidad del detector de galio, Solomey considera que el equipo incluso podría llegar a capturar neutrinos de energías tan bajas que resultan invisibles para los detectores terrestres.

Los neutrinos se presentan en distintos «sabores», según el mecanismo que los genera. De acuerdo con Solomey, analizar a gran escala el flujo de neutrinos emitidos por el Sol podría abrir una ventana única para observar los procesos de fusión nuclear que mantienen viva a la estrella en las profundidades de su núcleo, una región que hasta ahora permanece fuera del alcance de cualquier instrumento científico.

Debido a que los neutrinos apenas interactúan con la materia, los que se producen en lo más hondo del Sol escapan al exterior en apenas unos segundos. En contraste, la materia ordinaria tarda unos 100.000 años en recorrer los 700.000 kilómetros que separan el núcleo de la superficie solar.

«Es como colocar un microscopio directamente dentro del núcleo solar», afirmó Solomey. «En las distintas capas que envuelven el núcleo se producen diferentes tipos de reacciones de fusión. Observando los distintos tipos de neutrinos, podemos interpretar y estudiar la estructura interna del núcleo de fusión del Sol».