Izvori visokoenergijskih nevtrino prvič izsledili in rešili pomembno astronomsko skrivnost
Da bi razumeli in izvedeli več energija ali materijo, je študij skrivnostnih subatomskih delcev zelo ključnega pomena. Fiziki gledajo na subatomske delce - nevtrini – pridobiti nadaljnje razumevanje različnih dogodkov in procesov, iz katerih izvirajo. S preučevanjem vemo o zvezdah in še posebej o soncu nevtrini. Toliko več se je treba naučiti o Vesolje in razumevanje delovanja nevtrinov je najpomembnejši korak za vsakega znanstvenika, ki ga zanimata fizika in astronomija.
Kaj so nevtrini?
Nevtrini so hlapi (in zelo hlapni) delci skoraj brez mase, brez električnega naboja in lahko prehajajo skozi katero koli vrsto snovi, ne da bi se pri tem spremenili. Nevtrini lahko to dosežejo tako, da prenesejo ekstremne pogoje in gosta okolja, kot so zvezde, planet in galaksije. Pomembna lastnost nevtrinov je, da nikoli ne pridejo v interakcijo s snovjo v svoji okolici, zaradi česar jih je zelo težko analizirati. Prav tako obstajajo v treh "okusih" - elektron, tau in mion in preklapljajo med temi okusi, ko oscilirajo. To se imenuje pojav "mešanja" in to je najbolj nenavadno področje študija pri izvajanju poskusov z nevtrini. Najmočnejša značilnost nevtrinov je, da nosijo edinstveno informacijo o svojem natančnem izvoru. To je predvsem zato, ker so nevtrini, čeprav imajo visoko energijo, brez naboja, zato nanje ne vplivajo magnetna polja katere koli moči. Izvor nevtrinov ni povsem znan. Večina jih prihaja od sonca, vendar majhno število, zlasti tistih z visoko energijo, prihaja iz globljih območij prostor. To je razlog, da je bil natančen izvor teh izmuzljivih potepuhov še vedno neznan in jih imenujejo "delci duhov".
Izslediti izvor visokoenergijskega nevtrina
V prelomnih študijah dvojčkov v astronomiji, objavljenih v Znanost, so raziskovalci prvič izsledili izvor srhljivega subatomskega delca nevtrina, ki so ga našli globoko v ledu na Antarktiki, potem ko je potoval 3.7 milijarde let do planet Zemlja1,2. To delo je doseženo s sodelovanjem več kot 300 znanstvenikov in 49 institucij. Visokoenergijske nevtrine je zaznal največji detektor IceCube doslej, ki ga je observatorij IceCube Neutrino postavil na južnem polu globoko v plasti ledu. Da bi dosegli svoj cilj, so v led izvrtali 86 lukenj, vsaka globoko eno in pol milje, in jih razporedili po mreži več kot 5000 svetlobnih senzorjev, tako da pokrivajo skupno površino 1 kubičnega kilometra. Detektor IceCube, ki ga upravlja Nacionalna znanstvena fundacija ZDA, je ogromen detektor, sestavljen iz 86 kablov, ki so vstavljeni v vrtine, ki segajo do globokega ledu. Detektorji beležijo posebno modro svetlobo, ki se oddaja, ko nevtrino interagira z atomskim jedrom. Odkritih je bilo veliko visokoenergijskih nevtrinov, vendar jih ni bilo mogoče izslediti, dokler niso uspešno odkrili nevtrina z energijo 300 trilijonov elektronvoltov pod ledenim pokrovom. Ta energija je skoraj 50-krat večja od energije protonov, ki krožijo skozi Large Hardon Collider, ki je najmočnejši pospeševalnik delcev na tem planet. Ko je bilo to zaznavanje opravljeno, je sistem v realnem času metodično zbiral in zbiral podatke za celoten elektromagnetni spekter iz laboratorijev na Zemlji in v prostor o izvoru tega nevtrina.
Nevtrinu so uspešno sledili nazaj do svetlobe Galaksija znan kot "blazer". Blazer je ogromen eliptični aktiven Galaksija z dvema curkoma, ki oddajata nevtrine in žarke gama. Ima izrazito supermasivno in hitro vrtenje Črna luknja v njegovem središču in Galaksija premika proti Zemlji s približno svetlobno hitrostjo. Eden od curkov blazerja je bleščečega značaja in kaže neposredno na zemljo, kar daje temu Galaksija njegovo ime. Blazer Galaksija se nahaja levo od ozvezdja Orion in ta razdalja je približno 4 milijarde svetlobnih let od Zemlje. Tako nevtrine kot žarke gama je zaznal observatorij in skupno 20 teleskopov na Zemlji in v prostor. Ta prva študija1 je pokazala odkrivanje nevtrinov, druga naslednja študija2 pa je pokazala, da blazer Galaksija te nevtrine proizvedel že prej, tudi v letih 2014 in 2015. Blazer je vsekakor vir izjemno energičnih nevtrinov in s tem tudi kozmičnih žarkov.
Prelomno odkritje v astronomiji
Odkritje teh nevtrinov je velik uspeh in lahko omogoči preučevanje in opazovanje Vesolje na neprimerljiv način. Znanstveniki pravijo, da bi jim to odkritje lahko pomagalo, da bi prvič izsledili izvor skrivnostnih kozmičnih žarkov. Ti žarki so drobci atomov, ki pridejo na Zemljo izven osončja in žarijo s svetlobno hitrostjo. Očitajo jim, da povzročajo težave satelitom, komunikacijskim sistemom itd. V nasprotju z nevtrini so kozmični žarki nabiti delci, zato magnetna polja še naprej vplivajo in spreminjajo njihovo pot, zaradi česar je nemogoče izslediti njihov izvor. Kozmični žarki so že dolgo predmet raziskovanja astronomije in čeprav so jih odkrili leta 1912, ostajajo kozmični žarki velika skrivnost.
V prihodnosti lahko observatorij za nevtrine v večjem obsegu, ki uporablja podobno infrastrukturo, kot je uporabljena v tej študiji, doseže hitrejše rezultate in izvede več detekcij za odkritje novih virov nevtrinov. Ta študija, izvedena s snemanjem več opazovanj in upoštevanjem podatkov v elektromagnetnem spektru, je ključnega pomena za nadaljnje razumevanje Vesolje mehanizme fizike, ki ga upravljajo. To je odlična ilustracija astronomije »multimessenger«, ki uporablja vsaj dve različni vrsti signala za preučevanje kozmosa, zaradi česar je močnejša in natančnejša pri omogočanju takih odkritij. Ta pristop je pomagal odkriti trk nevtronskih zvezd in tudi gravitacijski valovi v bližnji preteklosti. Vsak od teh glasnikov nam posreduje novo znanje o Vesolje in močni dogodki v ozračju. Prav tako lahko pomaga pri boljšem razumevanju ekstremnih dogodkov, ki so se zgodili pred milijoni let, zaradi česar so ti delci potovali na Zemljo.
***
{Izvirno raziskovalno nalogo lahko preberete s klikom na spodnjo povezavo DOI na seznamu citiranih virov}
Vir (i)
1. The IceCube Collaboration et al. 2018. Multimessenger opazovanja žarečega blazarja, ki sovpada z visokoenergijskim nevtrinom IceCube-170922A. Znanost. 361 (6398). https://doi.org/10.1126/science.aat1378
2. The IceCube Collaboration et al. 2018. Emisija nevtrinov iz smeri blazarja TXS 0506+056 pred opozorilom IceCube-170922A. Znanost. 361 (6398). https://doi.org/10.1126/science.aat2890
***
