Porijeklo visokoenergetskog neutrina su prvi put ušli u trag, rješavajući važnu astronomsku misteriju
Da biste razumjeli i naučili više energija ili materije, proučavanje tajanstvenih subatomskih čestica vrlo je ključno. Fizičari gledaju na subatomske čestice - neutrini – stjecanje daljnjeg razumijevanja različitih događaja i procesa iz kojih su proizašli. O zvijezdama, a posebno o suncu, znamo proučavanjem neutrini. Ima još mnogo toga za naučiti o svemir a razumijevanje funkcioniranja neutrina najvažniji je korak za svakog znanstvenika zainteresiranog za fiziku i astronomiju.
Što su neutrini?
Neutrini su parovite (i vrlo hlapljive) čestice gotovo bez mase, bez električnog naboja i mogu proći kroz bilo koju vrstu materije bez ikakvih promjena u sebi. Neutrini to mogu postići izdržavanjem ekstremnih uvjeta i gustih okruženja poput zvijezda, planeta i galaksije. Važna osobina neutrina je da nikada ne stupaju u interakciju s materijom u svojoj okolini i to ih čini velikim izazovom za analizu. Također, postoje u tri "okusa" - elektron, tau i mion i mijenjaju se između ovih okusa kada osciliraju. To se zove fenomen "miješanja" i ovo je najčudnije područje proučavanja kada se izvode eksperimenti s neutrinima. Najjača karakteristika neutrina je da nose jedinstvenu informaciju o svom točnom porijeklu. To je uglavnom zbog toga što su neutrini, iako visokoenergični, nemaju naboj, stoga na njih ne utječu magnetska polja bilo koje snage. Podrijetlo neutrina nije u potpunosti poznato. Većina ih dolazi od sunca, ali mali broj, posebno onih s visokom energijom, dolazi iz dubljih područja prostor. To je razlog što je točno podrijetlo ovih neuhvatljivih lutalica još uvijek nepoznato te se nazivaju “česticama duhova”.
Praćeno porijeklo neutrina visoke energije
U revolucionarnim studijama blizanaca u astronomiji objavljenim u Znanost, istraživači su po prvi put ušli u trag porijeklu sablasne subatomske čestice neutrina koja je pronađena duboko u ledu na Antarktici nakon što je putovala 3.7 milijardi godina do planeta Zemlja1,2. Ovaj posao ostvaren je suradnjom preko 300 znanstvenika i 49 institucija. Visokoenergetski neutrini detektirani su najvećim IceCube detektorom koji je na Južnom polu postavio IceCube Neutrino Observatory duboko u slojeve leda. Kako bi postigli svoj cilj, izbušeno je 86 rupa u ledu, svaka duboka jednu i pol milju, te su raspoređene preko mreže od više od 5000 svjetlosnih senzora pokrivajući tako ukupnu površinu od 1 kubičnog kilometra. IceCube detektor, kojim upravlja Američka nacionalna znanstvena zaklada, golemi je detektor koji se sastoji od 86 kabela koji se stavljaju u bušotine koje se protežu do dubokog leda. Detektori bilježe posebno plavo svjetlo koje se emitira kada neutrino stupi u interakciju s atomskom jezgrom. Otkriveno je mnogo neutrina visoke energije, ali im se nije moglo ući u trag sve dok neutrino s energijom od 300 trilijuna elektron volti nije uspješno otkriven ispod ledene kape. Ova energija je gotovo 50 puta veća od energije protona koji kruže kroz Large Hardon Collider koji je najsnažniji akcelerator čestica na ovom svijetu. planeta. Nakon što je ovo otkrivanje obavljeno, sustav u stvarnom vremenu metodički je prikupljao i kompilirao podatke, za cijeli elektromagnetski spektar, iz laboratorija na Zemlji iu prostor o podrijetlu ovog neutrina.
Neutrino je uspješno praćen natrag do luminusa galaksija poznat kao “blazer”. Blazer je gigantski eliptični aktivni galaksija s dva mlaza koji emitiraju neutrine i gama zrake. Ima prepoznatljivu supermasivnost i brzu vrtnju Crna rupa u svom središtu i galaksija kreće prema Zemlji oko brzine svjetlosti. Jedna od mlaznica sakoa je blještavo svijetlog karaktera i usmjerena je izravno prema zemlji dajući to galaksija to je ime. Sako galaksija nalazi se lijevo od zviježđa Orion i ta je udaljenost oko 4 milijarde svjetlosnih godina od Zemlje. Neutrine i gama zrake detektirali su opservatorij i ukupno 20 teleskopa na Zemlji iu prostor. Ova prva studija1 pokazala je detekciju neutrina, a druga naredna studija2 pokazala je da je blazer galaksija proizveo ove neutrine ranije, također 2014. i 2015. Blazer je definitivno izvor iznimno energetskih neutrina, a time i kozmičkih zraka.
Revolucionarno otkriće u astronomiji
Otkriće ovih neutrina veliki je uspjeh i može omogućiti proučavanje i promatranje svemir na neusporediv način. Znanstvenici tvrde da bi im ovo otkriće moglo pomoći da po prvi put uđu u trag podrijetlu tajanstvenih kozmičkih zraka. Ove zrake su fragmenti atoma koji silaze na Zemlju izvan Sunčevog sustava plamteći brzinom svjetlosti. Optužuju ih da uzrokuju probleme satelitima, komunikacijskim sustavima itd. Za razliku od neutrina, kozmičke zrake su nabijene čestice pa magnetska polja stalno utječu i mijenjaju njihovu putanju, što onemogućuje otkrivanje njihovog porijekla. Kozmičke zrake već su dugo predmet istraživanja u astronomiji i iako su otkrivene 1912. godine, kozmičke zrake ostaju velika misterija.
U budućnosti, opservatorij za neutrine u većem opsegu koji koristi sličnu infrastrukturu kao što je korištena u ovoj studiji može postići brže rezultate i može se napraviti više detekcija kako bi se otkrili novi izvori neutrina. Ova studija provedena bilježenjem višestrukih opažanja i uzimanjem u obzir podataka u elektromagnetskom spektru ključna je za daljnje naše razumijevanje svemir mehanizmima fizike koji njime upravljaju. To je vrhunska ilustracija "multimessenger" astronomije koja koristi najmanje dvije različite vrste signala za ispitivanje kozmosa, što je čini moćnijom i preciznijom u omogućavanju takvih otkrića. Ovaj pristup je pomogao u otkrivanju sudara neutronskih zvijezda i također gravitacijski valovi u nedavnoj prošlosti. Svaki od ovih glasnika daje nam novo znanje o svemir i snažni događaji u atmosferi. Također, može pomoći u razumijevanju više o ekstremnim događajima koji su se dogodili prije milijune godina postavljajući te čestice na put do Zemlje.
***
{Izvorni istraživački rad možete pročitati klikom na vezu DOI koja se nalazi u nastavku na popisu citiranih izvora}
Izvor (i)
1. IceCube Collaboration et al. 2018. Multimessenger promatranja blještavog blazara koji se podudara s visokoenergetskim neutrina IceCube-170922A. Znanost. 361 (6398). https://doi.org/10.1126/science.aat1378
2. The IceCube Collaboration et al. 2018. Emisija neutrina iz smjera blazara TXS 0506+056 prije upozorenja IceCube-170922A. Znanost. 361 (6398). https://doi.org/10.1126/science.aat2890
***
