De onde vêm as partículas mais energéticas que conhecemos? Que processos são capazes de produzi-las? Algumas partículas que chegam à Terra carregam energias muito superiores às alcançadas em aceleradores como o Grande Colisor de Hádrons (LHC), na Europa. Compreender sua origem e os mecanismos que as aceleram é um dos grandes desafios da astrofísica.
A astronomia de neutrinos integra uma abordagem mais ampla, chamada astronomia multimensageira. Ela combina informações de diferentes mensageiros cósmicos – como luz, neutrinos, raios cósmicos e ondas gravitacionais – para investigar os mesmos fenômenos por perspectivas complementares.
O Nobel chama a atenção, ainda, para a importância da pesquisa fundamental. Investigar neutrinos e raios cósmicos permite estudar fenômenos que não podem ser reproduzidos integralmente em laboratórios terrestres e testar o conhecimento científico em condições extremas. Esses experimentos exigem ainda o desenvolvimento de tecnologias, instrumentos de precisão e métodos avançados de análise de dados.
Essa característica faz deles mensageiros valiosos: ao contrário da luz, que pode ser absorvida ou espalhada por gás e poeira, os neutrinos podem trazer informações de regiões densas e distantes do Universo, inclusive de ambientes que não conseguimos investigar apenas com a radiação eletromagnética.
O pesquisador do CBPF Ulisses Barres de Almeida integra a colaboração MAGIC e participou dessa frente de investigação. Na ocasião, destacou a importância da análise conjunta dos dados:
“A premiação distingue uma pesquisa em ciência básica de grande relevância e originalidade […]. Isto abre as portas a uma nova forma de astronomia, utilizando estas partículas de massa quase nula, em vez da tradicional luz dos povos antigos, de Galileo, de Chandrasekhar etc.”
Para Carla Bonifazi, o significado do Nobel vai além de uma descoberta ou de um experimento específico.
Detectá-los, porém, é um desafio. Foi nesse contexto que Francis Halzen teve papel fundamental na concepção e no desenvolvimento do IceCube, instalado no Polo Sul. O observatório utiliza cerca de um quilômetro cúbico de gelo e conta com 5.160 sensores ópticos distribuídos por 86 cabos verticais, a profundidades de aproximadamente 1,5 a 2,5 quilômetros.
A pesquisadora Carla Bonifazi, integrante da Coordenação de Física de Altas Energias (COHEP/CBPF), trabalha com astropartículas, incluindo raios cósmicos de altíssima energia no Observatório Pierre Auger e pesquisas relacionadas aos neutrinos. Para ela, o Nobel reforça a importância de combinar diferentes formas de observar o Universo, já que nenhum experimento, isoladamente, consegue explicar todos os aspectos desses fenômenos.
Ciência construída em colaboração
“Este prêmio reconhece não apenas uma descoberta específica, mas o desenvolvimento de uma forma de fazer ciência e olhar o universo. Isto mostra a importância de trabalhar cada vez mais de forma coletiva para melhorar a nossa capacidade de entender a natureza, o universo etc.”.
A luz permite estudar a radiação emitida pelos objetos celestes; os neutrinos podem escapar de regiões densas e trazer pistas sobre os processos que os produziram; e os raios cósmicos ajudam a investigar os mecanismos de aceleração das partículas. Como possuem carga elétrica, porém, os raios cósmicos podem ser desviados por campos magnéticos, o que dificulta determinar sua origem com precisão.
A comparação entre os dados do Pierre Auger e os de observatórios de neutrinos e raios gama ajuda a investigar onde e como as partículas cósmicas são aceleradas e propagadas.
A participação do CBPF no Pierre Auger, no MAGIC e em iniciativas como o SWGO mostra como a pesquisa brasileira contribui para esse esforço internacional. Ao combinar dados de diferentes observatórios e compartilhar conhecimentos, pesquisadores e pesquisadoras ampliam as possibilidades de compreender os fenômenos mais energéticos do Universo e responder a questões fundamentais: de onde vêm as partículas mais energéticas que conhecemos e quais processos são capazes de produzi-las?
Os neutrinos são partículas elementares abundantes, produzidas em diferentes processos naturais, desde a atividade do Sol até fenômenos astrofísicos de alta energia. Como não têm carga elétrica e interagem muito pouco com a matéria, podem atravessar grandes quantidades de material e percorrer distâncias enormes pelo cosmos sem serem significativamente desviados ou absorvidos.
Em artigo publicado no The Conversation , intitulado “ Gelo profundo da Antártida é janela para o Universo Extremo ”, Barres explica a trajetória da pesquisa liderada por Halzen e também destaca a importância dessa associação. O resultado fortaleceu a hipótese de que ambientes extremos, como as proximidades de buracos negros supermassivos, podem acelerar partículas a energias extraordinárias.
Quando um neutrino interage com a matéria, pode produzir partículas eletricamente carregadas, como múons. Ao atravessarem o gelo em alta velocidade, essas partículas emitem uma tênue luz azul, conhecida como radiação Cherenkov. Os sensores registram essa luz, permitindo a cientistas estimar a energia e reconstruir a direção de chegada do neutrino.
O IceCube exemplifica essa dimensão coletiva. A contribuição de Francis Halzen foi decisiva para transformar a ideia de usar o gelo da Antártida como detector de partículas em um observatório científico. Sua construção, operação e análise de dados, no entanto, dependem do trabalho continuado de uma ampla colaboração internacional.
Além das pesquisas relacionadas aos neutrinos e à colaboração MAGIC, o CBPF integra o Observatório Pierre Auger, na Argentina, dedicado ao estudo dos raios cósmicos de altíssima energia. Ao colidirem com moléculas da atmosfera terrestre, essas partículas produzem cascatas de partículas secundárias. Uma rede de detectores distribuída por aproximadamente 3 mil quilômetros quadrados permite estudar essas cascatas e reconstruir características dos raios cósmicos que lhes deram origem.
O CBPF nessa fronteira da pesquisa
Em 2013, a colaboração IceCube anunciou a detecção de neutrinos de alta energia cuja origem não podia ser explicada apenas pelos processos conhecidos na atmosfera terrestre. O resultado consolidou uma nova área de investigação: a astronomia de neutrinos.
Esses projetos poderão ampliar a capacidade de identificar e estudar fontes de partículas de alta energia, em complementaridade com o IceCube e outros experimentos.
Para Constantino Tsallis, pesquisador emérito do CBPF, o Nobel reconhece a originalidade dessa mudança na maneira de observar o cosmos. Em comentários sobre o prêmio à revista Veja e ao jornal O Globo , ele destacou a relevância da pesquisa básica e a possibilidade de investigar o Universo por meio dessas partículas, em vez de depender apenas da luz.
O Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas (CBPF) participa desse campo de pesquisa por meio de experimentos complementares, que investigam partículas e fenômenos de alta energia. Embora o Brasil não integre a colaboração IceCube, pesquisadores e pesquisadoras do Centro atuam em iniciativas que ajudam a compreender a origem dessas partículas e os processos físicos que ocorrem em ambientes extremos.
Um novo mensageiro do Universo
O Nobel de Física de 2026, concedido a Francis Halzen por suas contribuições para o desenvolvimento do observatório de neutrinos IceCube e para a descoberta de neutrinos astrofísicos de alta energia, destaca uma nova maneira de investigar o Universo. O prêmio reconhece uma trajetória científica e chama a atenção para uma área construída ao longo de décadas, com grandes experimentos internacionais.
Um exemplo importante ocorreu em 2017, quando o IceCube detectou um neutrino de alta energia vindo de uma direção associada ao blazar TXS 0506+056, uma galáxia ativa cujo buraco negro central lança jatos de matéria e radiação para o espaço. O alerta mobilizou observatórios terrestres e espaciais, entre eles o telescópio Fermi e o conjunto MAGIC, instalado nas Ilhas Canárias, na Espanha.
O Brasil também participa do desenvolvimento de novos instrumentos. O CBPF tem papel de liderança internacional no Southern Wide-Field Gamma-ray Observatory (SWGO), futuro observatório de raios gama previsto para os Andes chilenos. Além disso, pesquisadores brasileiros participam do desenvolvimento do Cherenkov Telescope Array Observatory (CTAO). Ulisses Barres de Almeida atua nas duas iniciativas, como vice-porta-voz do SWGO e representante do Brasil no CTAO.
O Fermi identificou uma emissão intensa de raios gama do blazar, enquanto o MAGIC observou fótons de energia ainda mais alta. A análise conjunta permitiu comparar os sinais e verificar sua compatibilidade com o evento registrado pelo IceCube.
“Sem o Magic, não seria possível dizer, em termos energéticos, que o evento de emissão do neutrino e o fluxo de raios gama observado eram, de fato, compatíveis”.
Quando diferentes sinais contam a mesma história
