Początki energii wysokoenergetycznej neutrin zostały odkryte po raz pierwszy, co rozwiązało ważną astronomiczną zagadkę
Aby zrozumieć i dowiedzieć się więcej energia czy materii, badanie tajemniczych cząstek subatomowych jest bardzo istotne. Fizycy patrzą na cząstki subatomowe – neutrina – uzyskanie lepszego zrozumienia różnych wydarzeń i procesów, z których one wynikają. Dzięki studiowaniu wiemy o gwiazdach, a zwłaszcza o słońcu neutrina. Jest o wiele więcej do nauczenia się na ten temat wszechświat a zrozumienie sposobu działania neutrin jest najważniejszym krokiem dla każdego naukowca zainteresowanego fizyką i astronomią.
Czym są neutrina?
Neutrina to cząstki gazowe (i bardzo lotne), które prawie nie mają masy ani ładunku elektrycznego i mogą przechodzić przez każdy rodzaj materii bez żadnych zmian w sobie. Neutrina mogą to osiągnąć, wytrzymując ekstremalne warunki i gęste środowiska, takie jak gwiazdy, planeta i galaktyki. Ważną cechą neutrin jest to, że nigdy nie wchodzą w interakcję z materią w swoim otoczeniu, co sprawia, że ich analiza jest bardzo trudna. Występują także w trzech „smakach” – elektronowym, tauowym i mionowym i przełączają się między tymi smakami, gdy oscylują. Nazywa się to zjawiskiem „mieszania” i jest to najdziwniejszy obszar badań podczas przeprowadzania eksperymentów na neutrinach. Najsilniejszą cechą neutrin jest to, że niosą ze sobą unikalną informację o ich dokładnym pochodzeniu. Dzieje się tak głównie dlatego, że neutrina są wprawdzie bardzo energetyczne, ale nie posiadają ładunku, w związku z czym pozostają niewrażliwe na pola magnetyczne o dowolnej mocy. Pochodzenie neutrin nie jest do końca poznane. Większość z nich pochodzi ze Słońca, ale niewielka liczba, zwłaszcza tych o wysokich energiach, pochodzi z głębszych obszarów przestrzeń. To jest powód, dla którego dokładne pochodzenie tych nieuchwytnych wędrowców było nadal nieznane i określa się ich mianem „cząstek duchów”.
Śledzenie pochodzenia neutrin wysokoenergetycznych
W przełomowych badaniach bliźniąt w astronomii opublikowanych w naukabadacze po raz pierwszy prześledzili pochodzenie widmowego neutrina w postaci cząstek subatomowych, które odkryto głęboko w lodzie na Antarktydzie po podróży trwającej 3.7 miliarda lat planeta ziemia1,2. Prace te realizowane są dzięki współpracy ponad 300 naukowców i 49 instytucji. Neutrina wysokoenergetyczne zostały wykryte przez największy w historii detektor IceCube ustawiony na biegunie południowym w Obserwatorium Neutrino IceCube głęboko w warstwach lodu. Aby osiągnąć swój cel, wywiercono w lodzie 86 otworów, każdy o głębokości półtora kilometra, i rozmieszczono je w sieci ponad 5000 czujników światła, pokrywając w ten sposób łączną powierzchnię 1 kilometra sześciennego. Detektor IceCube, zarządzany przez amerykańską National Science Foundation, to gigantyczny detektor składający się z 86 kabli umieszczonych w odwiertach sięgających aż do głębokiego lodu. Detektory rejestrują specjalne niebieskie światło emitowane podczas interakcji neutrina z jądrem atomowym. Wykryto wiele neutrin wysokoenergetycznych, ale nie można ich było wyśledzić, dopóki pod pokrywą lodową nie wykryto neutrina o energii 300 bilionów elektronowoltów. Energia ta jest prawie 50 razy większa niż energia protonów przechodzących przez Wielki Zderzacz Hardona, który jest najpotężniejszym akceleratorem cząstek na tym świecie. planeta. Po dokonaniu tej detekcji system czasu rzeczywistego metodycznie gromadził i kompilował dane dla całego widma elektromagnetycznego z laboratoriów na Ziemi i w przestrzeń o pochodzeniu tego neutrina.
Neutrino udało się powiązać ze światłem galaktyka znany jako „marynarka”. Blazer to gigantyczny eliptyczny obiekt aktywny galaktyka z dwoma strumieniami, które emitują neutrina i promienie gamma. Ma charakterystyczny supermasywny i szybko wirujący czarna dziura w jego centrum i galaktyka porusza się w kierunku Ziemi z prędkością światła. Jeden ze strumieni marynarki ma płonący, jasny charakter i jest skierowany bezpośrednio na ziemię, co daje to galaktyka jego nazwa. Blezer galaktyka znajduje się na lewo od konstelacji Oriona, a odległość ta wynosi około 4 miliardy lat świetlnych od Ziemi. Zarówno neutrina, jak i promienie gamma zostały wykryte przez obserwatorium, a także łącznie 20 teleskopów na Ziemi i w przestrzeń. To pierwsze badanie1 wykazało wykrycie neutrin, a drugie, kolejne badanie2 wykazało, że blazer galaktyka wyprodukował te neutrina wcześniej, także w latach 2014 i 2015. Blazer jest zdecydowanie źródłem niezwykle energetycznych neutrin, a co za tym idzie, także promieni kosmicznych.
Przełomowe odkrycie w astronomii
Odkrycie tych neutrin jest ogromnym sukcesem i może umożliwić badanie i obserwację neutrin wszechświat w niezrównany sposób. Naukowcy twierdzą, że to odkrycie może pomóc im po raz pierwszy w historii prześledzić pochodzenie tajemniczych promieni kosmicznych. Promienie te to fragmenty atomów, które schodzą na Ziemię spoza Układu Słonecznego, płonąc z prędkością światła. Obwinia się je o powodowanie problemów w satelitach, systemach komunikacyjnych itp. W przeciwieństwie do neutrin promienie kosmiczne są cząsteczkami naładowanymi, dlatego pola magnetyczne nieustannie wpływają na ich ścieżkę i zmieniają ją, co uniemożliwia prześledzenie ich pochodzenia. Promienie kosmiczne są od dawna przedmiotem badań astronomii i choć odkryto je w 1912 roku, pozostają one wielką tajemnicą.
W przyszłości obserwatorium neutrin na większą skalę, korzystające z infrastruktury podobnej do tej zastosowanej w tym badaniu, będzie mogło szybciej uzyskać wyniki i dokonać większej liczby wykryć, aby odkryć nowe źródła neutrin. Badanie przeprowadzone poprzez rejestrację wielu obserwacji i zapoznanie się z danymi w całym spektrum elektromagnetycznym ma kluczowe znaczenie dla lepszego zrozumienia zjawiska wszechświat rządzące nim mechanizmy fizyki. Jest to doskonała ilustracja astronomii „multimessangerowej”, która wykorzystuje co najmniej dwa różne typy sygnałów do badania kosmosu, dzięki czemu jest potężniejsza i dokładniejsza w umożliwianiu takich odkryć. Takie podejście pomogło odkryć zderzenia gwiazd neutronowych, a także fale grawitacyjne w niedawnej przeszłości. Każdy z tych posłańców dostarcza nam nowej wiedzy na temat wszechświat i potężne zdarzenia w atmosferze. Może także pomóc w lepszym zrozumieniu ekstremalnych zdarzeń, które miały miejsce miliony lat temu, podczas których cząstki wyruszyły w podróż na Ziemię.
***
{Możesz przeczytać oryginalną pracę naukową, klikając link DOI podany poniżej na liście cytowanych źródeł}
Źródło (s)
1. Współpraca IceCube i in. 2018. Obserwacje za pomocą multimessengera rozbłyskującego blazara zbiegają się z neutrinem wysokoenergetycznym IceCube-170922A. nauka. 361 ust. 6398. https://doi.org/10.1126/science.aat1378
2. Współpraca IceCube i in. 2018. Emisja neutrin z kierunku blazara TXS 0506+056 przed alarmem IceCube-170922A. nauka. 361 ust. 6398. https://doi.org/10.1126/science.aat2890
***
