Taiteilijan esimerkki blazarista, kuten äskettäin havaittiin kiihdyttävän neutriinoja ja kosmisia säteitä valtavaan nopeuteen. Suppeilevän levyn keskellä oleva supermassiivinen musta aukko lähettää kapean, korkeaenergisen aineen suihkun avaruuteen, kohtisuorassa kiekkoon nähden.
(Kuva: © DESY, Science Communication Lab)
Tähtitieteilijät ovat jäljittäneet korkeaenergisen neutriinon kosmiselle lähteelleen ensimmäistä kertaa, ratkaiseen prosessissa satavuotisen salaisuuden.
Neutriinot ovat melkein massattömiä subatomisia hiukkasia, joilla ei ole sähkövarausta ja jotka ovat siten vuorovaikutuksessa ympäristön kanssa harvoin. Tosiaankin, biljoonat näistä "aavehiukkasista" virtaavat kehosi läpi huomaamatta ja esteettä joka sekunti.
Suurin osa näistä neutriinoista tulee auringosta. Mutta pieni osa, joka ylpeilee erittäin korkealla energialla, on järkyttynyt metsäkaulallemme erittäin syvästä avaruudesta. Neutriinojen luontainen eluitatiivisuus on estänyt tähtitieteilijöitä näyttämästä sellaisten kosmisten vaeltajien alkuperää - toistaiseksi. [Neutriinin jäljittäminen sen lähteeseen: löytö kuvissa]
IceCube Neutrino-observatorion havainnot etelänavalla ja joukko muita instrumentteja antoivat tutkijoille mahdollisuuden jäljittää yksi kosminen neutriino kaukaiseen blazariin, valtavaan elliptiseen galaksiin, jonka ytimessä on nopeasti pyörivä supermassiivinen musta aukko.
Ja siellä on enemmän. Kosmiset neutriinot kulkevat käsi kädessä kosmisten säteiden, erittäin energisesti varautuneiden hiukkasten kanssa, jotka iskevät planeettamme jatkuvasti. Joten, uusien löytönauhojen blazarat ovat kiihdyttimiä ainakin joillekin nopeimmin liikkuville kosmisille säteille.
Tähtitieteilijät ovat miettineet tätä siitä lähtien, kun kosmiset säteet löydettiin ensimmäistä kertaa, jo vuonna 1912. Mutta heidät on hukannut hiukkasten varautunut luonto, joka sanoo, että kosmiset säteet putoavat tällä tavalla ja että eri esineet liikkuvat avaruuden läpi. Menestys tuli lopulta matkustajien aavehiukkasten suoran matkan käytöstä.
"Olemme etsineet kosmisen säteilyn lähteitä yli vuosisadan, ja löysimme lopulta sellaisen", Francis Halzen, IceCube Neutrinon observatorion johtava tutkija ja Wisconsin-Madisonin yliopiston fysiikan professori, kertoi Spacelle. com. [Hauska fysiikka: Luonnon tyylikkäimmät pienhiukkaset]
Joukkueen pyrkimys
IceCube, jota hallinnoi Yhdysvaltain kansallinen tiedesäätiö (NSF), on omistautunut neutriinometsästäjä. Laitos koostuu 86 kaapelista, jotka lepäävät porausrei'issä, jotka ulottuvat noin 1,5 mailia (Antarktiksen jään). Jokaisessa kaapelissa puolestaan on 60 koripallon kokoista "digitaalista optista moduulia", jotka on varustettu herkillä valonilmaisimilla.
Nämä ilmaisimet on suunniteltu poimimaan ominaista sinistä valoa, joka säteilee sen jälkeen, kun neutriino on vuorovaikutuksessa atominukkaan kanssa. (Tämän valon heittää vuorovaikutuksen luoma sekundaarinen hiukkanen. Ja jos ihmettelit: Kaikki tämä jään päällä oleva esto estää muita hiukkasia kuin neutriinoja pääsemästä ilmaisimiin ja likaantumasta tietoja.) Nämä ovat harvinaisia tapahtumia; IceCube havaitsee vain parisataa neutriinoa vuodessa, Halzen sanoi.
Laitos on jo tehnyt merkittäviä panoksia tähtitieteen lisäämiseen. Esimerkiksi vuonna 2013 IceCube teki ensimmäisen kerran vahvistetun neutriinojen havaitsemisen Linnunradan galaksin ulkopuolelta. Tutkijat eivät pystyneet selvittämään noiden korkeaenergisten aavehiukkasten lähdettä tuolloin.
IceCube poimi kuitenkin 22. syyskuuta 2017 toisen kosmisen neutriinon. Se oli erittäin energinen, pakkaamalla noin 300 teraelektronivoltta - lähes 50 kertaa suurempi kuin maapallon tehokkaimman hiukkaskiihdyttimen, suuren hadronikopterin, läpi kulkevien protonien energia.
Yhden minuutin kuluessa havaitsemisesta laitos lähetti automaattisen ilmoituksen, joka kehotti muita tähtitieteilijöitä etsimään ja välitti koordinaatit taivaanpisteelle, joka näytti sisältävän hiukkasen lähteen.
Yhteisö vastasi: Melkein 20 kaukoputkea maapallolla ja avaruudessa, jotka leikkaavat sähkömagneettisen spektrin poikki matalan energian radioaalloista korkean energian gammasäteisiin. Yhdistetyt havainnot jäljittivät neutriinon alkuperän jo tunnetulle blazarille nimeltään TXS 0506 + 056, joka sijaitsee noin 4 miljardia valovuotta maasta.
Esimerkiksi useiden eri välineiden seurantatutkimukset - mukaan lukien NASAn maapallon kiertävän Fermi-gammasäteilyn kaukoputki ja Kanariansaarten suurin ilmakehän kuvantekoa kuvaava Cherenkov-teleskooppi (MAGIC) - paljastivat voimakkaan gammasäteen valon purskeen TXS 0506 + 056. [Gamma-Ray Universe: NASA: n Fermin avaruusteleskoopin valokuvat]
IceCube-tiimi tutki myös arkistotietonsa ja löysi yli tusina muuta kosmista neutriinoa, jotka näyttivät tulevan samasta blazarista. Detektorit ottivat nämä ylimääräiset hiukkaset vuoden 2014 lopusta vuoden 2015 alkuun.
"Kaikki kappaleet sopivat yhteen", vanhempi IceCube-tutkija ja UW-Madison-fysiikan professori Albrecht Karle sanoi lausunnossaan. "Arkistotietojemme neutriinoräjähdyksestä tuli itsenäinen vahvistus. Yhdessä muiden observatorioiden havaintojen kanssa on pakottavaa näyttöä siitä, että tämä basaari on erittäin energisten neutriinojen ja täten korkean energian kosmisten säteiden lähde."
Tulokset ilmoitetaan kahdessa uudessa tutkimuksessa, joka julkaistiin tänään verkossa (12. heinäkuuta) Science-lehdessä. Löydät ne täältä ja täältä.
Multimessen astrofysiikka kasvussa
Blazaarit ovat erityinen tyyppi superluminous-aktiivisista galakseista, jotka räjäyttävät valon ja hiukkasten kaksoissuihkut, joista yksi on suunnattu suoraan Maapallolle. (Siksi osittain bleiserit näyttävät meiltä niin kirkkaita - koska olemme suihkumoottorin linjassa.)
Tähtitieteilijät ovat tunnistaneet useita tuhansia valkaisuja kaikkialla maailmankaikkeudessa, joista yhdenkään ei ole vielä todettu liittävän neutriinoja meissä, kuten TXS 0506 + 056.
"Tässä lähteessä on jotain erityistä, ja meidän on selvitettävä, mikä se on", Halzen kertoi Space.com: lle.
Se on vain yksi monista uusien tulosten esittämistä kysymyksistä. Esimerkiksi Halzen haluaisi myös tietää kiihtyvyysmekanismin: Kuinka täsmälleen, mistä bleiserit saavat neutriinoja ja kosmisia säteitä niin suurille nopeuksille?
Halzen ilmaisi optimismin vastaamiseen sellaisiin kysymyksiin suhteellisen lähitulevaisuudessa ja viittasi kahdessa uudessa tutkimuksessa "multimessen astrofysiikan" voimaan - ainakin kahden erityyppisen signaalin käyttämiseen kosmoksen kyselyyn -, joka on esillä kahdessa uudessa tutkimuksessa.
Neutriino löytö seuraa tarkkaan toisen multimessen maamerkin kannoilla: Lokakuussa 2017 tutkijat ilmoittivat analysoineen kahden superdensen neutronitähden välistä törmäystä tarkkailemalla dramaattisessa tapahtumassa sekä sähkömagneettista säteilyä että gravitaatioaaltoja.
"Multimediaviestien astrofysiikan aikakausi on täällä", NSF: n johtaja France Cordova sanoi samassa lausunnossa. "Jokainen lähettiläs - sähkömagneettisesta säteilystä, gravitaatioaalloista ja nyt neutriinoista - antaa meille täydellisemmän käsityksen maailmankaikkeudesta ja tärkeät uudet käsitykset taivaan tehokkaimmista esineistä ja tapahtumista."
