Umelecká ilustrácia blazaru, ako je ten, ktorý nedávno zistil, že zrýchľuje neutrína a kozmické lúče na obrovské rýchlosti. Supermasívna čierna diera v strede akrečného disku vysiela úzky vysokoenergetický prúd hmoty do vesmíru, kolmý na disk.
(Obrázok: © DESY, Science Communication Lab)
Astronómovia prvýkrát sledovali vysokoenergetické neutrino k svojmu kozmickému zdroju, pričom v tomto procese vyriešili storočia staré tajomstvo.
Neutrína sú takmer bezmasé subatomické častice, ktoré nemajú elektrický náboj, a preto zriedkavo interagujú so svojím okolím. V skutočnosti bilióny týchto „duchovných častíc“ prúdia cez vaše telo bez povšimnutia a bez prekážok každú sekundu.
Väčšina z týchto neutrín pochádza zo slnka. Ale malé percento, ktoré sa môže pochváliť extrémne vysokými energiami, vyletelo na náš krk lesa z veľmi hlbokého vesmíru. Neodmysliteľná nepolapiteľnosť neutrína zabránila astronómom potlačiť pôvod takýchto kozmických tulákov - doteraz. [Sledovanie neutrína k jeho zdroju: objav v obrazoch]
Pozorovania Neutrinského observatória IceCube na južnom póle a množstvo ďalších nástrojov umožnilo vedcom sledovať jednu kozmickú neutrínu až do vzdialeného liahna, obrovskú eliptickú galaxiu s rýchlo rotujúcou supermasívnou čiernou dierou vo svojom srdci.
A je toho viac. Kozmické neutrína idú ruka v ruke s kozmickými lúčmi, vysoko energetickými nabitými časticami, ktoré nepretržite búchajú na našu planétu. Preto nové kolíky nájdu ako urýchľovače aspoň jedného z najrýchlejšie sa pohybujúcich kozmických lúčov.
Astronómovia sa nad tým zamýšľali, odkedy boli kozmické lúče prvýkrát objavené už v roku 1912. Boli však zmarené povahou nabitých častíc, ktorá diktuje, že kozmické lúče sú takto ťahané a to rôznymi objektmi, keď sa zväčšujú priestorom. Úspech nakoniec vyplynul z priamej cesty duchovnej častice spolucestujúcich.
„Zdroje kozmických lúčov hľadáme už viac ako storočie a nakoniec sme ich našli,“ uviedol pre agentúru Space Space Francis Francis Halzen, vedecký pracovník observatória IceCube Neutrino a profesor fyziky na University of Wisconsin-Madison. com. [Wacky Physics: Najchladnejšie malé častice v prírode]
Tímové úsilie
IceCube, ktorý spravuje National Science Foundation (NSF), je špecializovaný lovec neutrín. Zariadenie pozostáva z 86 káblov, ktoré sa zasunú do vrtov, ktoré siahajú asi 1,5 km (2,5 km) do antarktického ľadu. Každý kábel obsahuje 60 digitálnych optických modulov basketbalu, ktoré sú vybavené citlivými detektormi svetla.
Tieto detektory sú navrhnuté tak, aby zachytávali charakteristické modré svetlo vyžarované po interakcii neutrína s atómovým jadrom. (Toto svetlo je odhadzované sekundárnou časticou vytvorenou interakciou. A v prípade, že by vás zaujímalo: Všetko, čo prekrývajúci ľad zabraňuje časticiam iným ako neutrína dosiahnuť detektory a znečistiť údaje.) Toto sú zriedkavé udalosti; IceCube zaznamenáva ročne len niekoľko stoviek neutrín, uviedol Halzen.
Toto zariadenie už výrazne prispelo k astronómii. Napríklad v roku 2013 spoločnosť IceCube uskutočnila vôbec prvú potvrdenú detekciu neutrín z galaxie Mliečnej dráhy. Vedci v tom čase nedokázali zachytiť zdroj týchto vysokoenergetických častíc ducha.
22. septembra 2017 však spoločnosť IceCube vyzdvihla ďalšie kozmické neutrino. Bola mimoriadne energetická, nabíjala asi 300 teraelektrónových voltov - takmer 50-krát viac ako energia protónov, ktoré prechádzajú cez najsilnejší urýchľovač častíc na Zemi, veľký hadrónový urýchľovač.
Do 1 minúty od zistenia zariadenie rozoslalo automatické upozornenie, ktoré upozornilo ostatných astronómov na nájdenie a odovzdanie súradníc na záblesk oblohy, ktorý akoby slúžil ako zdroj častíc.
Komunita odpovedala: Takmer 20 ďalekohľadov na zemi av priestore detegovalo, že sa prelínajú elektromagnetickým spektrom, od nízkoenergetických rádiových vĺn po vysokoenergetické gama lúče. Kombinované pozorovania sledovali pôvod neutrína už v známom blazare s názvom TXS 0506 + 056, ktorý leží asi 4 miliardy svetelných rokov od Zeme.
Napríklad následné pozorovania niekoľkých rôznych prístrojov - vrátane vesmírneho ďalekohľadu Fermi gama žiarenia NASA na Zemi a veľkého atmosferického gama zobrazovania Cherenkovov ďalekohľad (MAGIC) na Kanárskych ostrovoch - odhalili silný výbuch žiarenia gama lúčov z Kanárskych ostrovov. TXS 0506 + 056. [Gama-Ray Universe: Fotografie Fermiho vesmírneho teleskopu agentúry NASA]
Tím IceCube tiež prešiel jeho archívnymi údajmi a našiel viac ako tucet ďalších kozmických neutrín, ktoré, ako sa zdá, pochádzajú z toho istého lúča. Tieto ďalšie častice zachytili detektory od konca roka 2014 do začiatku roka 2015.
"Všetky kúsky spolu zapadajú," uviedol vo vyhlásení Albrecht Karle, vedecký pracovník IceCube a profesor fyziky UW-Madison. „Neutrínová erupcia v našich archívnych údajoch sa stala nezávislým potvrdením. Spolu s pozorovaniami ostatných observatórií je presvedčivým dôkazom toho, že tento lupič je zdrojom extrémne energetických neutrín, a teda vysokoenergetického kozmického žiarenia.“
Zistenia sú uvedené v dvoch nových štúdiách uverejnených online dnes (12. júla) v časopise Science. Nájdete ich tu a tu.
Multimessenger astrofyzika na vzostupe
Blazary sú špeciálnym typom superluminóznej aktívnej galaxie, ktorá vystreľuje dvojité prúdy svetla a častíc, z ktorých jedna je namierená priamo na Zem. (To je čiastočne dôvod, prečo sa nám lupy javia tak jasne - pretože sme v línii prúdového ohňa.)
Astronómovia identifikovali niekoľko tisíc lupienkov po celom vesmíre, z ktorých žiaden nebol doteraz nájdený ako viažuci neutrína, ako je TXS 0506 + 056.
„Na tomto zdroji je niečo zvláštne a musíme zistiť, čo to je,“ povedal Halzen pre Space.com.
To je len jedna z mnohých otázok vyvolaných novými výsledkami. Napríklad Halzen by chcel poznať aj mechanizmus zrýchlenia: Ako presne dostanú blazary neutrína a kozmické lúče do takej obrovskej rýchlosti?
Halzen vyjadril optimizmus, pokiaľ ide o zodpovedanie takýchto otázok, v relatívne blízkej budúcnosti, citujúc silu „multimesserovej astrofyziky“ - použitia najmenej dvoch rôznych typov signálov na vypočúvanie vesmíru - na displeji v dvoch nových štúdiách.
Objav neutrína úzko nadväzuje na päty ďalšej medzimestskej orientácie: Vedci oznámili, že v októbri 2017 analyzovali kolíziu medzi dvoma neutrónovými hviezdami superdense pozorovaním elektromagnetického žiarenia a gravitačných vĺn emitovaných počas dramatickej udalosti.
„Éra multimesserovej astrofyziky je tu,“ uviedla riaditeľka NSF France Cordova v tom istom vyhlásení. „Každý posol - z elektromagnetického žiarenia, gravitačných vĺn a teraz neutrín - nám dáva úplnejšie pochopenie vesmíru a dôležité nové poznatky o najmocnejších objektoch a udalostiach na oblohe.“
