Opprinnelsen til høyenergi nøytrino har blitt sporet for aller første gang, og løste et viktig astronomisk mysterium
For å forstå og lære mer energi eller materie, studiet av de mystiske subatomære partiklene er svært avgjørende. Fysikere ser på subatomære partikler - nøytrinoer – for å få ytterligere forståelse av de ulike hendelsene og prosessene de har sitt utspring fra. Vi vet om stjerner og spesielt solen ved å studere nøytrinoer. Det er så mye mer å lære om univers og å forstå hvordan nøytrinoer fungerer er det viktigste trinnet for enhver vitenskapsmann som er interessert i fysikk og astronomi.
Hva er nøytrinoer?
Nøytrinoer er dampformige (og veldig flyktige) partikler med nesten ingen masse, ingen elektrisk ladning og de kan passere gjennom alle typer materie uten noen endring i seg selv. Nøytrinoer kan oppnå dette ved å tåle ekstreme forhold og tette miljøer som stjerner, planet og galakser. Et viktig trekk ved nøytrinoer er at de aldri samhandler med materien i omgivelsene, og dette gjør dem svært utfordrende å analysere. De finnes også i tre "smaker" - elektron, tau og muon, og de bytter mellom disse smakene når de svinger. Dette kalles "blandings"-fenomenene, og dette er det merkeligste studieområdet når man utfører eksperimenter på nøytrinoer. De sterkeste egenskapene til nøytrinoer er at de har unik informasjon om deres eksakte opprinnelse. Dette er hovedsakelig fordi nøytrinoer er svært energiske, de har ingen ladning, derfor forblir de upåvirket av magnetiske felt av noen som helst kraft. Opprinnelsen til nøytrinoer er ikke helt kjent. De fleste av dem kommer fra solen, men et lite antall, spesielt de som har høy energi kommer fra dypere områder av plass. Dette er grunnen til at den nøyaktige opprinnelsen til disse unnvikende vandrerne fortsatt var ukjent, og de blir referert til som "spøkelsespartikler".
Opprinnelsen til høyenerginøytrino spores
I banebrytende tvillingstudier i astronomi publisert i Vitenskap, har forskere for første gang sporet opprinnelsen til en spøkelsesaktig subatomær partikkelnøytrino som ble funnet dypt i isen i Antarktis etter at den reiste 3.7 milliarder år til planet Earth1,2. Dette arbeidet oppnås gjennom et samarbeid mellom over 300 forskere og 49 institusjoner. Høyenerginøytrinoer ble oppdaget av den største IceCube-detektoren noensinne satt opp på Sydpolen av IceCube Neutrino Observatory dypt ned i islagene. For å nå målet ble det boret 86 hull i isen, hver halvannen mil dype, og spredt over et nettverk av mer enn 5000 lyssensorer som dermed dekker et totalt område på 1 kubikkkilometer. IceCube-detektoren, administrert av US National Science Foundation, er en gigantisk detektor som består av 86 kabler som legges i borehull som strekker seg opp til dyp is. Detektorene registrerer det spesielle blå lyset som sendes ut når en nøytrino samhandler med en atomkjerne. Mange høyenerginøytrinoer ble oppdaget, men de var ikke sporbare inntil en nøytrino med en energi på 300 billioner elektronvolt ble oppdaget under en iskappe. Denne energien er nesten 50 ganger større enn energien til protonene som går gjennom Large Hardon Collider som er den kraftigste partikkelakseleratoren på denne planet. Når denne deteksjonen var gjort, samlet og kompilerte et sanntidssystem metodisk data, for hele det elektromagnetiske spekteret, fra laboratorier på jorden og i plass om denne nøytrinoens opprinnelse.
Nøytrinoen ble sporet tilbake til en lysende galakse kjent som "blazeren". Blazer er en gigantisk elliptisk aktiv galakse med to stråler som sender ut nøytrinoer og gammastråler. Den har en særegen supermassiv og snurrer raskt svart hull i sentrum og galakse beveger seg mot jorden rundt lysets hastighet. En av jetstrålene til blazeren har en flammende lys karakter og den peker direkte mot jorden og gir dette galakse dets navn. Blazeren galakse ligger til venstre for stjernebildet Orion og denne avstanden er omtrent 4 milliarder lysår fra Jorden. Både nøytrinoer og gammastråler ble oppdaget av observatoriet og også totalt 20 teleskoper på jorden og i plass. Denne første studien1 viste påvisning av nøytrinoer og en andre påfølgende studie2 viste at blazeren galakse hadde produsert disse nøytrinoene tidligere også i 2014 og 2015. Blazeren er definitivt en kilde til ekstremt energiske nøytrinoer og dermed til kosmiske stråler også.
Banebrytende oppdagelse innen astronomi
Oppdagelsen av disse nøytrinoene er en stor suksess, og den kan gjøre det mulig å studere og observere univers på en uovertruffen måte. Forskere uttaler at denne oppdagelsen kan hjelpe dem med å spore tilbake, for aller første gang, opprinnelsen til de mystiske kosmiske strålene. Disse strålene er fragmenter av atomer som kommer ned til jorden fra utenfor solsystemet og brenner med lysets hastighet. De får skylden for å forårsake problemer for satellitter, kommunikasjonssystemer osv. I motsetning til nøytrinoer er kosmiske stråler ladede partikler, og magnetiske felter fortsetter å påvirke og endre banen deres, og dette gjør det umulig å spore tilbake deres opprinnelse. Kosmiske stråler har vært gjenstand for forskning innen astronomi i lang tid, og selv om de ble oppdaget i 1912, er kosmiske stråler fortsatt et stort mysterium.
I fremtiden kan et nøytrinobservatorium i større skala som bruker lignende infrastruktur som brukt i denne studien oppnå raskere resultater og flere deteksjoner kan gjøres for å avdekke nye kilder til nøytrinoer. Denne studien utført ved å registrere flere observasjoner og ta kjennskap til data på tvers av det elektromagnetiske spekteret er avgjørende for å fremme vår forståelse av univers mekanismene i fysikken som styrer den. Det er en førsteklasses illustrasjon av "multimessenger" astronomi som bruker minst to forskjellige typer signaler for å undersøke kosmos, noe som gjør det kraftigere og mer nøyaktig når det gjelder å gjøre slike funn mulig. Denne tilnærmingen har bidratt til å oppdage nøytronstjernekollisjon og også gravitasjonsbølger i den siste tiden. Hver av disse budbringerne gir oss ny kunnskap om univers og kraftige hendelser i atmosfæren. Det kan også hjelpe til med å forstå mer om de ekstreme hendelsene som skjedde for millioner av år siden og satte ut disse partiklene for å reise til jorden.
***
{Du kan lese den originale forskningsoppgaven ved å klikke på DOI-lenken nedenfor i listen over siterte kilder}
Source (s)
1. IceCube-samarbeidet et al. 2018. Multimessenger-observasjoner av en blusset blazar sammenfallende med høyenerginøytrino IceCube-170922A. Vitenskap. 361 (6398). https://doi.org/10.1126/science.aat1378
2. IceCube-samarbeidet et al. 2018. Nøytrinoutslipp fra retning blazaren TXS 0506+056 før IceCube-170922A-varslingen. Vitenskap. 361 (6398). https://doi.org/10.1126/science.aat2890
***
