A művész szemlélteti a köztük lévő blazár képét, amely a közelmúltban azt tapasztalta, hogy hatalmas sebességre gyorsítja a neutrínókat és a kozmikus sugarakat. A szupermasszív fekete lyuk az akkumulációs tárcsa közepén egy keskeny, nagy energiájú anyagsugarat küld a térbe, merőleges a korongra.
(Kép: © DESY, Science Communication Lab)
A csillagászok először nagy energiájú neutrinót vezettek annak kozmikus forrásához, megoldva ezzel a folyamat százados rejtélyét.
A neutrinók szinte tömeg nélküli szubatomi részecskék, amelyeknek nincs elektromos töltése, és ezért ritkán lépnek kölcsönhatásba a környezetükkel. Valójában ezeknek a "szellemrészecskék" billióinak észrevétlenül és akadálytalanul áramlik át a testén minden másodpercben.
Ezen neutrinók többsége a Napból származik. De egy kis százalék, amely rendkívül magas energiával büszkélkedhet, nagyon mély űrből rázta meg az erdő nyakát. A neutrínók velejáró eredetisége megakadályozta, hogy a csillagászok az ilyen kozmikus vándorlók eredetét rámutatják - eddig. [Neutrino keresése a forrásig: a felfedezés a képekben]
Az IceCube Neutrino Obszervatórium megfigyelései a déli póluson és számos más eszköz lehetővé tették a kutatók számára, hogy egy kozmikus neutrinót egy távoli blazárra, egy hatalmas elliptikus galaxisra nyomozzanak, amelynek szívében gyorsan forog a szupermasszív fekete lyuk.
És van még. A kozmikus neutrinók együtt járnak kozmikus sugarakkal, erősen energikus töltésű részecskékkel, amelyek folyamatosan csapódnak be a bolygónkba. Tehát az új találócsapok felerősítik legalább a leggyorsabban mozgó kozmikus sugarak gyorsítóit is.
A csillagászok ezen a kérdésen gondolkoztak már a kozmikus sugarak felfedezése óta, már 1912-ben. De őket megrontotta a részecskék töltött jellege, amely azt sugallja, hogy a kozmikus sugarak ilyen módon meghúzódnak, és hogy a különféle tárgyak az űrben nagyítanak. A siker végül az volt, hogy egy utazótársak szellemrészecskéjét egyenes útban használtuk.
"Több mint egy évszázad óta keressük a kozmikus sugarak forrásait, és végül is megtaláltuk őket" - mondta az Űrnek Francis Halzen, az IceCube Neutrino Obszervatórium vezető tudósa és a Wisconsin-Madison Egyetem fizikai professzora. com. [Szokatlan fizika: A legmenőbb kis részecskék a természetben]
Csapat erőfeszítés
Az IceCube, amelyet az Egyesült Államok Nemzeti Tudományos Alapítvány (NSF) üzemeltet, dedikált neutrinovadász. A létesítmény 86 kábelből áll, amelyek fúrólyukakon belül fészkelnek, és körülbelül 1,5 kilométerre húzódnak az Antarktiszi jég felé. Minden kábel viszont 60 kosárlabda méretű "digitális optikai modult" tartalmaz, amelyek érzékeny fényérzékelőkkel vannak felszerelve.
Ezeket az érzékelőket úgy tervezték, hogy felvegyék a jellemző kék fényt, amelyet egy semleges atommaggal való kölcsönhatása után kibocsátott kék fény vesz fel. (Ezt a fényt egy kölcsönhatás által létrehozott másodlagos részecske távolítja el. És abban az esetben, ha kíváncsi lennék: Mindez, ami a jég feletti képességét megakadályozza, hogy a neutrinókon kívüli részecskék elérjék a detektorokat és piszkítsák az adatokat.) Ezek ritkák; Az IceCube évente csak néhányszáz neutrínót észlel - mondta Halzen.
A létesítmény már nagyban hozzájárult a csillagászathoz. Például 2013-ban az IceCube elvégezte a Tejút-galaxison túli neutrínók első felismerését. A kutatók akkoriban nem tudták meghatározni e nagy energiájú szellemszemcsék forrását.
2017. szeptember 22-én azonban az IceCube felvette egy újabb kozmikus neutrinót. Rendkívül energikus volt, körülbelül 300 teraelektronvolt töltött fel - ez majdnem ötször annyi, mint a Föld legerősebb részecskegyorsítóján, a nagy hadron-ütközőn átkerülő protonok energiája.
A felismeréstől számított 1 percen belül a létesítmény automatikus értesítést küldött, amely figyelmeztette a többi csillagászot a lekérdezés és a koordináták átadására az ég foltjára, amely látszólag a részecske forrását tartalmazza.
A közösség reagált: Közel 20 távcsövet takartak meg a földön és az űrben, amelyek átfedik az elektromágneses spektrumot, az alacsony energiájú rádióhullámoktól a nagy energiájú gammasugarakig. Az egyesített megfigyelések a neutrino eredetét egy már ismert TXZ 0506 + 056 nevű blazárra vezetik, amely körülbelül 4 milliárd fényévnyire van a Földtől.
Például számos különféle eszköz - például a NASA Föld körül keringő Fermi Gamma-ray Űrtávcső és a légköri gamma képalkotó Cherenkov távcső (MAGIC) - a Kanári-szigeteken végzett nyomon követése során a gamma-sugárzás erőteljes robbanása tört ki. TXS 0506 + 056. [Gamma-Ray Universe: Fotók a NASA Fermi Űrtávcsőjéből]
Az IceCube csapata áttekintette archívumainak adatait, és több mint tucat más kozmikus neutrinót talált, amelyek látszólag ugyanabból a blazárból származnak. Ezeket a további részecskéket a detektorok 2014 végétől 2015 elejéig vették fel.
"Az összes darab összeilleszkedik" - mondta Albrecht Karle, az IceCube egyik vezető tudósa és az UW-Madison fizikaprofesszora. "A levéltári adatainkban feltüntetett neutrínófák független visszaigazolást nyertek. A többi obszervatórium megfigyeléseivel együtt meggyőző bizonyíték arra, hogy ez a blazár rendkívül energiás neutrinók, és így nagy energiájú kozmikus sugarak forrása."
Az eredményeket két új, ma (július 12-én) online publikációban közölték a Science folyóiratban. Itt és itt találhatja meg őket.
A multimédia asztrofizika egyre növekszik
A blazárok egy speciális típusú szupervilágító aktív galaxis, amely fénnyel és részecskékkel fúj két fúvókát, amelyek közül az egyik közvetlenül a Föld felé irányul. (Ez részben miért jelenik meg nekünk a világoskékben - mert a sugárhajtású tűz vonalában vagyunk.)
A csillagászok több ezer blazár-t azonosítottak az egész világegyetemben, amelyek közül egyiknek sem találtak olyan neutrinokat, amelyek ránk állnak, mint például a TXS 0506 + 056.
"Van valami különleges ebben a forrásban, és kitalálnunk kell, mi az" - mondta Halzen a Space.com-nak.
Ez csak egy az a sok kérdés, amelyet az új eredmények felvettek. Például Halzen azt is szeretné megismerni a gyorsulási mechanizmust: Pontosan hogyan kap a blazár ilyen neutronos és kozmikus sugárzást ilyen hatalmas sebességgel?
Halzen optimizmust adott az ilyen kérdéseknek a viszonylag közeljövőben történő megválaszolására, hivatkozva a két új tanulmányban a "multimessenger asztrofizika" erejére - legalább két különféle típusú jel használatára a kozmosz meghallgatására -, amely a kijelzőn megjelenik.
A neutrino felfedezés szorosan követi egy másik multimédia mérföldkő sarkát: 2017 októberében a kutatók bejelentették, hogy két szuperhős neutroncsillag ütközését elemezték a drámai esemény során kibocsátott elektromágneses sugárzás és gravitációs hullám megfigyelésével.
"Itt van a multimessenger asztrofizika korszaka" - mondta az NSF igazgatója, Franciaország Cordova ugyanabban a nyilatkozatban. "Minden hírnök - elektromágneses sugárzástól, gravitációs hullámoktól és most neutrinóktól - teljesebb megértést nyújt nekünk az univerzumról, és fontos új betekintést nyújt az ég legerősebb tárgyaiba és eseményeibe."
