Az IceCube neutrínóelemzése összekapcsolja a kozmikus sugárzás lehetséges galaktikus forrását

Mivel Pierre Auger francia fizikus javasolta 1939-ben ki melyik kozmikus sugarak Hatalmas mennyiségű energiát kell szállítaniuk, és a tudósok azon töprengenek, hogy mi hozhatja létre ezeket a hatalmas proton- és neutronhalmazokat, amelyek a Föld légkörébe hullanak. Az ilyen források azonosításának egyik lehetséges módja a nagyenergiájú kozmikus neutrínók Föld felé vezető útjainak megszüntetése, mivel a kozmikus sugarak anyaggal vagy sugárzással való ütközéséből erednek, ami részecskéket eredményez, amelyek aztán neutrínókká és gammasugárzásokká bomlanak.

A tudósok jégkocka Az Antarktiszi Neutrinó Obszervatórium most egy évtizednyi neutrínófelfedezést elemzett, és bizonyítékot talált arra, hogy egy aktív galaxis, az ún. Messier 77 (más néven Kalmárgalaxis) erős jelölt egyetlen nagyenergiájú neutrínó kibocsátó számára, egy új lap Megjelent a Science folyóiratban. Egy lépéssel közelebb viszi az asztrofizikusokat a nagyenergiájú kozmikus sugarak eredetének rejtélyének megoldásához.

„Ez a megfigyelés a neutrínócsillagászat tényleges elvégzésének hajnalát jelenti” – Janet Conrad, az IceCube tagja az MIT-től. APS fizika. „Sokáig küzdöttünk, hogy meglássuk a nagyon nagy érdeklődésre számot tartó potenciális kozmikus neutrínóforrásokat, és most láttunk egyet. Áttörtünk egy akadályt.”

mint olyan Értesítsen minket korábbanÉs a neutrínók Utazás a fénysebesség közelében. John Updike 1959-es verse,Kozmikus lány” dicséri a neutrínók két legmeghatározóbb tulajdonságát: Nincs töltésük, és a fizikusok évtizedekig azt hitték, hogy nincs tömegük (valójában nagyon kicsi a tömegük). A neutrínók a legelterjedtebb szubatomi részecskék az univerzumban, de ritkán lépnek kölcsönhatásba Bármilyen anyaggal. Másodpercenként folyamatosan bombáznak minket ezek az apró részecskék, mégis áthaladnak rajtunk anélkül, hogy észrevennénk őket. Ezért nevezte Isaac Asimov „szellemrészecskéknek”.

Ez az alacsony reakciósebesség neutrínókat hoz létre Nagyon nehéz felismerni, de mivel olyan könnyű, akadálytalanul (és így nagyrészt változatlanul) ki tud menekülni más anyagrészecskékkel való ütközéssel. Ez azt jelenti, hogy értékes támpontokat adhatnak a csillagászoknak a távoli rendszerekről, amelyet megerősítenek az elektromágneses spektrumú teleszkópok, valamint a gravitációs hullámok. Ezeket a különféle információforrásokat együtt „több hírvivő” csillagászatnak nevezték.

A legtöbb neutrínóvadász mélyen a földbe temeti kísérleteit, és jobb, ha kizárja a más forrásokból származó hangos interferenciát. Az IceCube esetében az együttműködésben kosárlabda méretű optikai érzékelők sora szerepel az Antarktisz jegének mélyén. Azokban a ritka esetekben, amikor egy tranziens neutrínó kölcsönhatásba lép egy atommaggal a jégben, az ütközés töltött részecskéket bocsát ki, amelyek ultraibolya fényt és kék fotonokat bocsátanak ki. Ezeket szenzorok rögzítik.

Az IceCube tehát jó helyzetben van ahhoz, hogy segítse a tudósokat a nagyenergiájú kozmikus sugarak eredetével kapcsolatos ismereteik bővítésében. Mint Natalie Wolcoffer meggyőzően Magyarázva a Quantában 2021-ben:

A kozmikus sugár csak egy atommag – egy proton vagy protonok és neutronok csoportja. Az „ultraenergiás kozmikus sugarak” néven ismert ritka kozmikus sugarak azonban éppen annyi energiával rendelkeznek, mint a professzionálisan felszolgált teniszlabdák. Több milliószor energikusabbak, mint az európai Nagy Hadronütköztető köralagútja körül keringő protonok a fénysebesség 99,9999991%-ával. Valójában a valaha felfedezett legenergiásabb kozmikus sugár, amelyet „istenem” részecskének neveztek, 1991-ben 99,9999999999999999999951 százalékos fénysebességgel érte az égboltot, és olyan energiát adott neki, mint egy tekelabda, amely vállmagasságból lábujjmagasságba esett. .

De honnan erednek ilyen erős kozmikus sugarak? Az egyik erős lehetőség Aktív galaktikus magok (AGN-ek), amelyek néhány galaxis közepén találhatók. Energiája a galaxis közepén lévő szupermasszív fekete lyukakból és/vagy a fekete lyuk forgásából származik.