Kunstniku illustratsioon bleasarist, nagu see, mis hiljuti kiirendas neutriinode ja kosmiliste kiirte kiirust tohutu kiiruseni. Kihustusketta keskosas asuv supermassiivne must auk saadab kosmosesse kitsa suure energiaga joa, mis on risti kettaga.
(Pilt: © DESY, Science Communication Lab)
Astronoomid on selle energia kosmilise allikani esmakordselt jälginud kõrge energiaga neutriino, lahendades selle käigus sajandivanuse mõistatuse.
Neutrinood on peaaegu massitu subatomilised osakesed, millel puudub elektrilaeng ja mis seetõttu suhtlevad oma ümbrusega harva. Tõepoolest, triljoneid neist "kummitusosakestest" voolab teie keha iga sekundi jooksul märkamatult ja takistamatult.
Enamik neist neutriinodest pärineb päikesest. Kuid väike protsent, millel on ülikõrge energia, on väga sügavast kosmosest metsa kaela raputanud. Neutriinode loomulik elujõulisus on senini takistanud astronoomidel selliste kosmiliste rändajate päritolu algselt uurida. [Neutrino jälgimine selle allikani: avastus piltides]
Lõunapooluse IceCube Neutrino observatooriumi ja paljude muude instrumentide vaatlused võimaldasid teadlastel jälgida ühte kosmilist neutriino kaugele blazaarile - hiiglaslikule elliptilisele galaktikale, mille keskmes on kiiresti keerlev supermassiivne must auk.
Ja seal on veel midagi. Kosmilised neutriinod käivad käsikäes kosmiliste kiirtega, väga energeetiliselt laetud osakestega, mis tungivad meie planeeti pidevalt. Niisiis, uue leiu abil saab ka vähemalt mõne kiiremini liikuva kosmilise kiirguse kiirenditena kasutada bleiserit.
Astronoomid on selle üle järele mõelnud alates kosmiliste kiirte avastamisest, juba 1922. aastal. Kuid neid on hävitanud osakeste laetud olemus, mis annab märku, et kosmilised kiired saavad niimoodi kinni ja et kosmoses suurenevad mitmesugused objektid. Lõpuks tuli edu kaasreisija kummitusosakese sirgjoonelise teekonna kasutamisel.
"Oleme juba rohkem kui sajandit otsinud kosmiliste kiirte allikaid ja lõpuks ühe leidsimegi," rääkis SpaceCouse IceCube Neutrino observatooriumi juhtivteadur ja Wisconsini-Madisoni ülikooli füüsikaprofessor Francis Halzen. com. [Veider füüsika: lahedamad väikesed osakesed looduses]
Meeskonna pingutus
IceCube, mida haldab USA Riiklik Teadusfond (NSF), on pühendunud neutriinojaht. Rajatis koosneb 86 kaablist, mis asuvad puuraukudes, mis ulatuvad Antarktika jääni umbes 1,5 miili (2,5 kilomeetrit). Igas kaablis on omakorda 60 korvpallisuurust "digitaalset optilist moodulit", mis on varustatud tundlike valgusdetektoritega.
Need detektorid on ette nähtud iseloomuliku sinise valguse kiirendamiseks pärast neutriino ja aatomituuma interaktsiooni. (Selle valguse eraldab interaktsiooni tagajärjel tekkinud teisene osake. Ja kui te siis mõtlesite: kõik see, et jää kohal on, takistab muudel osaketel kui neutrinodel detektoriteni jõudmist ja andmete määrdumist.) Need on haruldased sündmused; IceCube tuvastab aastas vaid paarsada neutriino, ütles Halzen.
Rajatis on juba andnud suure panuse astronoomiasse. Näiteks 2013. aastal tegi IceCube esmakordselt kinnitatud neutriinode tuvastamise Linnutee galaktikast kaugemal. Teadlased ei suutnud tollal kindlaks teha nende suure energiatarbega kummitusosakeste allikat.
22. septembril 2017 korjas IceCube aga veel ühe kosmilise neutriino. See oli äärmiselt energiline, pakkides umbes 300 teraelektronvolti - ligi 50 korda suurem kui Maa võimsaima osakestekiirendi - suure hadronite põrkeseadme - kaudu liikuvate prootonite energia.
1 minuti jooksul pärast avastamist saatis rajatis automaatse teatise, teatades teistele astronoomidele leidude leidmisest ja koordinaatide edastamisest taevalaigule, mis näis sisaldanud osakese allikat.
Kogukond vastas: Ligi 20 teleskoopi maapinnal ja kosmoses, mis paiknevad kogu elektromagnetilise spektri ulatuses, madala energiatarbega raadiolainetest suure energiaga gammakiirteni. Kombineeritud vaatlused leidsid neutriino päritolu juba teadaolevale blasaarile nimega TXS 0506 + 056, mis asub Maast umbes 4 miljardi valgusaasta kaugusel.
Näiteks mitme erineva instrumendi - sealhulgas NASA maakera tiirleva Fermi gammakiirguse kosmoseteleskoobi ja Kanaari saartel asuva suurema atmosfääri gammakujutise tekitava Cherenkovi teleskoobi (MAGIC) - järelvaatused paljastasid võimsa plahvatusliku gammakiirguse purunemise TXS 0506 + 056. [Gamma-Ray Universum: NASA Fermi kosmoseteleskoobi fotod]
IceCube'i meeskond uuris ka oma arhiiviandmeid ja leidis rohkem kui tosin muud kosmilist neutriino, mis tundusid olevat pärit samast blazarist. Need lisaosakesed korjasid detektorid 2014. aasta lõpust kuni 2015. aasta alguseni.
"Kõik tükid sobivad kokku," ütles IceCube'i vanemteadur ja UW-Madisoni füüsikaprofessor Albrecht Karle oma avalduses. "Neutriino põletamine meie arhiiviandmetes sai sõltumatu kinnituse. Koos teiste observatooriumide vaatlustega on veenvad tõendid, et see basaar on äärmiselt energeetiliste neutriinode ja seega suure energiaga kosmiliste kiirte allikas."
Tulemustest teatatakse kahes uues uuringus, mis avaldati täna veebis (12. juuli) ajakirjas Science. Need leiate siit ja siit.
Multimeedia astrofüüsika on tõusuteel
Blazaarid on eritüüpi ülivalgustusega aktiivsed galaktikad, mis lõhkavad välja kaks valguse ja osakeste joa, millest üks on suunatud otse Maale. (Osaliselt tunduvad sellepärast bleiserid meile nii erksad - kuna oleme reaktiivlennukite reas.)
Astronoomid on tuvastanud kogu universumis mitu tuhat rõivatükki, millest ükski pole veel leidnud, et meie kohal on neutrinoosid, näiteks TXS 0506 + 056.
"Selles allikas on midagi erilist ja me peame välja mõtlema, mis see on," rääkis Halzen Space.com-ile.
See on vaid üks paljudest uute tulemuste tõstatatud küsimustest. Näiteks tahaks Halzen teada ka kiirendusmehhanismi: kuidas täpselt saavad bleiserid sellise tohutu kiiruse korral neutriinoid ja kosmilisi kiiri?
Halzen avaldas sellistele küsimustele lähitulevikus vastamise suhtes optimismi, viidates kahes uues uuringus kuvatavale multimeedium-astrofüüsika väitele - vähemalt kahe erinevat tüüpi signaali kasutamisele kosmose ülekuulamiseks -.
Neutriino avastus järgib tähelepanelikult veel ühe mitme multimeedia maamärgi kontsadel: 2017. aasta oktoobris teatasid teadlased, et nad analüüsisid kahe ülitiheda neutronitähe vahelist kokkupõrget, jälgides dramaatilise sündmuse ajal nii elektromagnetilist kiirgust kui ka gravitatsioonilaineid.
"Siin on käes multimeedia astrofüüsika ajastu," ütles NSF direktor France Cordova samas avalduses. "Iga sõnumitooja - alates elektromagnetilisest kiirgusest, gravitatsioonilistest lainetest ja nüüd ka neutrinodest - annab meile täpsema ülevaate universumist ja olulistest uutest teadmistest taeva kõige võimsamate objektide ja sündmuste kohta."
