Η απεικόνιση ενός καλλιτέχνη για ένα σακάκι σαν αυτό που πρόσφατα βρέθηκε να επιταχύνει τα νετρίνα και τις κοσμικές ακτίνες σε τεράστιες ταχύτητες. Η υπερμεγέθη μαύρη τρύπα στο κέντρο του δίσκου συσσώρευσης στέλνει ένα στενό πίδακα ύλης υψηλής ενέργειας στο διάστημα, κάθετα στον δίσκο.
(Εικόνα: © DESY, Science Communication Lab)
Οι αστρονόμοι έχουν εντοπίσει ένα νετρίνο υψηλής ενέργειας στην κοσμική του πηγή για πρώτη φορά, λύνοντας ένα μυστήριο αιωνόβιο στη διαδικασία.
Τα νετρίνα είναι σχεδόν μαζικά υποατομικά σωματίδια που δεν έχουν ηλεκτρικό φορτίο και ως εκ τούτου αλληλεπιδρούν σπάνια με το περιβάλλον τους. Πράγματι, τρισεκατομμύρια από αυτά τα «σωματίδια φάντασμα» ρέουν στο σώμα σας απαρατήρητα και ανεμπόδιστα κάθε δευτερόλεπτο.
Τα περισσότερα από αυτά τα νετρίνα προέρχονται από τον ήλιο. Αλλά ένα μικρό ποσοστό, το οποίο διαθέτει εξαιρετικά υψηλή ενέργεια, έχει φτάσει στο λαιμό του δάσους από πολύ βαθύ διάστημα. Η έμφυτη ελαστικότητα των νετρίνων εμπόδισε τους αστρονόμους να καταγράψουν την προέλευση τέτοιων κοσμικών περιπλανώμενων - μέχρι τώρα. [Εντοπίζοντας ένα νετρίνο στην πηγή του: Η ανακάλυψη σε εικόνες]
Παρατηρήσεις από το Παρατηρητήριο IceCube Neutrino στο Νότιο Πόλο και μια σειρά από άλλα όργανα επέτρεψαν στους ερευνητές να εντοπίσουν ένα κοσμικό νετρίνο σε ένα μακρινό σακάκι, έναν τεράστιο ελλειπτικό γαλαξία με μια γρήγορη περιστρεφόμενη υπερμεγέθη μαύρη τρύπα στην καρδιά του.
Και υπάρχουν περισσότερα. Τα κοσμικά νετρίνα συμβαδίζουν με κοσμικές ακτίνες, πολύ ενεργητικά φορτισμένα σωματίδια που χτυπούν συνεχώς τον πλανήτη μας. Έτσι, το νέο εύρημα μανταλάει ως επιταχυντές τουλάχιστον μερικών από τις ταχύτερα κινούμενες κοσμικές ακτίνες επίσης.
Οι αστρονόμοι αναρωτήθηκαν γι 'αυτό από τότε που οι κοσμικές ακτίνες ανακαλύφθηκαν για πρώτη φορά, το 1912. Αλλά έχουν αποτραπεί από τη φορτισμένη φύση των σωματιδίων, η οποία υπαγορεύει ότι οι κοσμικές ακτίνες τραβούνται με αυτόν τον τρόπο και από διάφορα αντικείμενα καθώς μεγεθύνονται στο διάστημα. Η επιτυχία προήλθε τελικά από τη χρήση της ευθείας διαδρομής ενός σωματιδίου φανταστικού συναδέλφου.
"Ψάχνουμε για τις πηγές των κοσμικών ακτίνων για περισσότερο από έναν αιώνα, και τελικά βρήκαμε μία", δήλωσε ο Francis Halzen, επικεφαλής επιστήμονας στο Παρατηρητήριο IceCube Neutrino και καθηγητής φυσικής στο Πανεπιστήμιο του Wisconsin-Madison. com. [Wacky Physics: Τα πιο δροσερά μικρά σωματίδια στη φύση]
Μια ομαδική προσπάθεια
Το IceCube, το οποίο διαχειρίζεται το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών των ΗΠΑ (NSF), είναι ένας αποκλειστικός κυνηγός νετρίνων. Η εγκατάσταση αποτελείται από 86 καλώδια, τα οποία βρίσκονται μέσα σε γεωτρήσεις που εκτείνονται περίπου 1,5 μίλια (2,5 χιλιόμετρα) στον πάγο της Ανταρκτικής. Κάθε καλώδιο, με τη σειρά του, διαθέτει 60 ψηφιακές οπτικές μονάδες μεγέθους μπάσκετ, οι οποίες είναι εξοπλισμένες με ευαίσθητους ανιχνευτές φωτός.
Αυτοί οι ανιχνευτές έχουν σχεδιαστεί για να λαμβάνουν το χαρακτηριστικό μπλε φως που εκπέμπεται αφού ένα νετρίνο αλληλεπιδρά με έναν ατομικό πυρήνα. (Αυτό το φως εκτοξεύεται από ένα δευτερεύον σωματίδιο που δημιουργήθηκε από την αλληλεπίδραση. Και σε περίπτωση που αναρωτιέστε: Όλος αυτός ο υπερκείμενος πάγος εμποδίζει σωματίδια εκτός από τα νετρίνα να φτάσουν στους ανιχνευτές και να λερώσουν τα δεδομένα.) Αυτά είναι σπάνια συμβάντα. Το IceCube εντοπίζει μερικές εκατοντάδες νετρίνα το χρόνο, είπε ο Halzen.
Η εγκατάσταση έχει ήδη συνεισφέρει σημαντικά στην αστρονομία. Το 2013, για παράδειγμα, το IceCube έκανε την πρώτη επιβεβαιωμένη ανίχνευση νετρίνων από πέρα από τον γαλαξία του Γαλαξία. Οι ερευνητές δεν μπόρεσαν να εντοπίσουν την πηγή αυτών των σωματιδίων φάντασμα υψηλής ενέργειας εκείνη την εποχή.
Στις 22 Σεπτεμβρίου 2017, ωστόσο, ο IceCube πήρε ένα άλλο κοσμικό νετρίνο. Ήταν εξαιρετικά ενεργητικό, συσκευάζοντας περίπου 300 teraelectron volts - σχεδόν 50 φορές μεγαλύτερη από την ενέργεια των πρωτονίων μέσω του πιο ισχυρού επιταχυντή σωματιδίων της Γης, του Large Hadron Collider.
Μέσα σε 1 λεπτό από την ανίχνευση, η εγκατάσταση έστειλε μια αυτόματη ειδοποίηση, προειδοποιώντας άλλους αστρονόμους για το εύρημα και τη μετάδοση των συντεταγμένων στο κομμάτι του ουρανού που φαινόταν να στεγάζει την πηγή του σωματιδίου.
Η κοινότητα απάντησε: Σχεδόν 20 τηλεσκόπια στο έδαφος και στο διάστημα έκαψαν αυτό το έμπλαστρο σε όλο το ηλεκτρομαγνητικό φάσμα, από ραδιοκύματα χαμηλής ενέργειας έως ακτίνες γάμμα υψηλής ενέργειας. Οι συνδυασμένες παρατηρήσεις εντόπισαν την προέλευση του νετρίνου σε ένα ήδη γνωστό σακάκι που ονομάζεται TXS 0506 + 056, το οποίο βρίσκεται περίπου 4 δισεκατομμύρια έτη φωτός από τη Γη.
Για παράδειγμα, παρατηρήσεις παρακολούθησης από διάφορα διαφορετικά όργανα - συμπεριλαμβανομένου του διαστημικού τηλεσκοπίου Fermi Gamma-ray που περιστρέφεται γύρω από τη Γη και του Τηλεσκοπίου της Μεγάλης Ατμοσφαιρικής Gamma Imaging Cherenkov (MAGIC) - αποκάλυψε μια ισχυρή έκρηξη φωτός ακτίνων γάμμα TXS 0506 + 056. [Σύμπαν Gamma-Ray: Φωτογραφίες από το διαστημικό τηλεσκόπιο Fermi της NASA]
Η ομάδα του IceCube πέρασε επίσης τα αρχειακά της δεδομένα και βρήκε πάνω από δώδεκα άλλα κοσμικά νετρίνα που φαινόταν να προέρχονται από το ίδιο σακάκι. Αυτά τα επιπλέον σωματίδια παραλήφθηκαν από τους ανιχνευτές από τα τέλη του 2014 έως τις αρχές του 2015.
"Όλα τα κομμάτια ταιριάζουν", ανέφερε σε δήλωσή του ο Άλμπρεχτ Καρλ, ανώτερος επιστήμονας του IceCube και καθηγητής φυσικής του UW-Madison. "Η φλεγμονή των νετρίνων στα αρχειακά μας δεδομένα έγινε ανεξάρτητη επιβεβαίωση. Μαζί με τις παρατηρήσεις των άλλων παρατηρητηρίων, είναι επιτακτική η απόδειξη ότι αυτό το σακάκι αποτελεί πηγή εξαιρετικά ενεργητικών νετρίνων και επομένως κοσμικών ακτίνων υψηλής ενέργειας."
Τα ευρήματα αναφέρονται σε δύο νέες μελέτες που δημοσιεύθηκαν στο διαδίκτυο σήμερα (12 Ιουλίου) στο περιοδικό Science. Μπορείτε να τα βρείτε εδώ και εδώ.
Η αστροφυσική πολλαπλών επιβατών αυξάνεται
Τα Blazars είναι ένας ειδικός τύπος υπερφωταύγιου ενεργού γαλαξία που εκτοξεύει δίδυμους πίδακες φωτός και σωματιδίων, ένας από τους οποίους απευθύνεται απευθείας στη Γη. (Αυτός είναι εν μέρει ο λόγος για τον οποίο τα blazars μας φαίνονται τόσο φωτεινά - γιατί βρισκόμαστε στη γραμμή του τζετ πυρ.)
Οι αστρονόμοι έχουν εντοπίσει αρκετές χιλιάδες blazars σε όλο το σύμπαν, κανένα από τα οποία δεν έχει βρεθεί ακόμη να μας σπρώχνει νετρίνα όπως το TXS 0506 + 056.
"Υπάρχει κάτι ιδιαίτερο για αυτήν την πηγή και πρέπει να καταλάβουμε τι είναι", δήλωσε ο Halzen στο Space.com.
Αυτό είναι μόνο ένα από τα πολλά ερωτήματα που τέθηκαν από τα νέα αποτελέσματα. Για παράδειγμα, ο Halzen θα ήθελε επίσης να μάθει τον μηχανισμό επιτάχυνσης: Πώς, ακριβώς, τα blazars παίρνουν νετρίνα και κοσμικές ακτίνες σε τόσο μεγάλες ταχύτητες;
Ο Halzen εξέφρασε αισιοδοξία για την απάντηση τέτοιων ερωτήσεων στο σχετικά εγγύς μέλλον, επικαλούμενος τη δύναμη της «αστροφυσικής πολλαπλών επιβατών» - τη χρήση τουλάχιστον δύο διαφορετικών τύπων σημάτων για την ανάκριση του κόσμου - που εμφανίζεται στις δύο νέες μελέτες.
Η ανακάλυψη νετρίνων ακολουθεί στενά τακούνια ενός άλλου ορόσημου πολλαπλών επιβατών: Τον Οκτώβριο του 2017, οι ερευνητές ανακοίνωσαν ότι είχαν αναλύσει μια σύγκρουση μεταξύ δύο υπερ-πυκνών αστεριών νετρονίων παρατηρώντας τόσο την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία όσο και τα κύματα βαρύτητας που εκπέμπονται κατά τη διάρκεια του δραματικού γεγονότος.
"Η εποχή της αστροφυσικής πολλαπλών επιβατών είναι εδώ", δήλωσε η διευθύντρια του NSF, Γαλλία Cordova στην ίδια δήλωση. "Κάθε αγγελιοφόρος - από ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, βαρυτικά κύματα και τώρα νετρίνα - μας δίνει μια πληρέστερη κατανόηση του σύμπαντος και σημαντικές νέες γνώσεις για τα πιο ισχυρά αντικείμενα και γεγονότα στον ουρανό."
