Počiatky vysokej energie neutrína boli vystopované úplne po prvýkrát, čím sa vyriešila dôležitá astronomická záhada
Aby ste pochopili a dozvedeli sa viac energie alebo hmoty, štúdium záhadných subatomárnych častíc je veľmi dôležité. Fyzici sa pozerajú na subatomárne častice – neutrína – získať ďalšie pochopenie rôznych udalostí a procesov, z ktorých pochádzajú. O hviezdach a najmä Slnku vieme vďaka štúdiu neutrína. O tom sa dá ešte veľa dozvedieť vesmír a pochopenie toho, ako neutrína fungujú, je najdôležitejším krokom pre každého vedca, ktorý sa zaujíma o fyziku a astronómiu.
Čo sú neutrína?
Neutrína sú parné (a veľmi prchavé) častice takmer bez hmotnosti, bez elektrického náboja a môžu prechádzať akýmkoľvek typom hmoty bez akejkoľvek zmeny. Neutrína to dokážu dosiahnuť tým, že vydržia extrémne podmienky a husté prostredia, ako sú hviezdy, planéta a galaxie. Dôležitou črtou neutrín je, že nikdy neinteragujú s hmotou vo svojom okolí, a preto je ich analýza veľmi náročná. Tiež existujú v troch „príchutiach“ – elektrón, tau a mión a medzi týmito príchuťami sa prepínajú, keď oscilujú. Toto sa nazýva fenomén „miešania“ a toto je najpodivnejšia oblasť štúdia pri vykonávaní experimentov na neutrínoch. Najsilnejšou charakteristikou neutrín je, že nesú jedinečné informácie o ich presnom pôvode. Je to hlavne preto, že neutrína sú síce vysoko energetické, ale nemajú žiadny náboj, preto zostávajú neovplyvnené magnetickými poľami akejkoľvek sily. Pôvod neutrín nie je úplne známy. Väčšina z nich pochádza zo Slnka, ale malý počet, najmä tých, ktoré majú vysoké energie, pochádza z hlbších oblastí priestor. To je dôvod, prečo bol presný pôvod týchto nepolapiteľných tulákov stále neznámy a označujú sa ako „duchové častice“.
Zistený pôvod vysokoenergetického neutrína
V prelomových štúdiách o dvojčatách v astronómii publikovaných v r vedaVedci po prvý raz vystopovali pôvod strašidelného subatómového neutrína, ktoré bolo nájdené hlboko v ľade v Antarktíde po tom, ako prešlo 3.7 miliardy rokov. planéta Krajiny1,2. Táto práca je dosiahnutá spoluprácou viac ako 300 vedcov a 49 inštitúcií. Vysokoenergetické neutrína boli detegované doteraz najväčším detektorom IceCube, ktorý na južnom póle zriadilo IceCube Neutrino Observatory hlboko vo vrstvách ľadu. Na dosiahnutie svojho cieľa bolo do ľadu vyvŕtaných 86 otvorov, každý jeden a pol míle hlbokých, a rozmiestnených v sieti viac ako 5000 svetelných senzorov, čím pokryli celkovú plochu 1 kubického kilometra. Detektor IceCube, spravovaný americkou Národnou vedeckou nadáciou, je obrovský detektor pozostávajúci z 86 káblov, ktoré sú umiestnené vo vrtoch siahajúcich až do hlbokého ľadu. Detektory zaznamenávajú špeciálne modré svetlo, ktoré sa vyžaruje pri interakcii neutrína s atómovým jadrom. Bolo detegovaných veľa vysokoenergetických neutrín, ale boli nevystopovateľné, kým sa pod ľadovou pokrývkou úspešne nezistilo neutríno s energiou 300 biliónov elektrónvoltov. Táto energia je takmer 50-krát väčšia ako energia protónov, ktoré cirkulujú cez Large Hardon Collider, ktorý je najvýkonnejším urýchľovačom častíc na tomto planéta. Akonáhle bola táto detekcia vykonaná, systém v reálnom čase metodicky zhromaždil a zostavil údaje pre celé elektromagnetické spektrum z laboratórií na Zemi a v priestor o pôvode tohto neutrína.
Neutríno bolo úspešne vysledované späť k svietiacemu galaxie známy ako „blazer“. Blazer je gigantický eliptický aktívny galaxie s dvoma prúdmi, ktoré vyžarujú neutrína a gama lúče. Má výrazný supermasív a svižne sa točí čierna diera v jeho strede a galaxie sa pohybuje smerom k Zemi rýchlosťou svetla. Jedna z trysiek blejzru má žiarivo jasný charakter a smeruje priamo na zem, čo to dáva galaxie jeho meno. Sako galaxie sa nachádza naľavo od súhvezdia Orion a táto vzdialenosť je asi 4 miliardy svetelných rokov od Zeme. Neutrína aj gama žiarenie zachytilo observatórium a tiež celkovo 20 ďalekohľadov na Zemi a v r. priestor. Táto prvá štúdia1 ukázala detekciu neutrín a druhá následná štúdia2 ukázala, že sako galaxie tieto neutrína vyprodukoval už skôr aj v rokoch 2014 a 2015. Blejzer je určite zdrojom extrémne energetických neutrín a teda aj kozmického žiarenia.
Prelomový objav v astronómii
Objav týchto neutrín je veľkým úspechom a môže umožniť štúdium a pozorovanie vesmír neporovnateľným spôsobom. Vedci tvrdia, že tento objav by im mohol pomôcť vôbec prvýkrát vystopovať pôvod tajomného kozmického žiarenia. Tieto lúče sú úlomky atómov, ktoré dopadajú na Zem zvonku slnečnej sústavy a žiaria rýchlosťou svetla. Sú obviňované z toho, že spôsobujú problémy satelitom, komunikačným systémom atď. Na rozdiel od neutrín sú kozmické žiarenie nabité častice, takže magnetické polia neustále ovplyvňujú a menia ich dráhu, a preto nie je možné spätne vystopovať ich pôvod. Kozmické žiarenie je predmetom výskumu v astronómii už dlho a hoci bolo objavené v roku 1912, kozmické žiarenie zostáva veľkou záhadou.
V budúcnosti môže neutrínové observatórium vo väčšom meradle s použitím podobnej infraštruktúry, aká sa používa v tejto štúdii, dosiahnuť rýchlejšie výsledky a možno vykonať viac detekcií na odhalenie nových zdrojov neutrín. Táto štúdia vykonaná zaznamenávaním viacerých pozorovaní a vedomím si údajov v celom elektromagnetickom spektre je rozhodujúca pre ďalšie pochopenie vesmír mechanizmov fyziky, ktoré ho riadia. Je to hlavná ilustrácia astronómie „multissenger“, ktorá využíva najmenej dva rôzne typy signálu na skúmanie vesmíru, vďaka čomu je pri uskutočňovaní takýchto objavov výkonnejšia a presnejšia. Tento prístup pomohol objaviť zrážku neutrónových hviezd a tiež gravitačné vlny v nedávnej minulosti. Každý z týchto poslov nám poskytuje nové poznatky o vesmír a silné udalosti v atmosfére. Môže tiež pomôcť lepšie pochopiť extrémne udalosti, ku ktorým došlo pred miliónmi rokov a ktoré vytýčili tieto častice na cestu na Zem.
***
Zdroj (e)
1. The IceCube Collaboration et al. 2018. Multimediálne pozorovania horiaceho blazaru zhodného s vysokoenergetickým neutrínom IceCube-170922A. veda. 361 ods. https://doi.org/10.1126/science.aat1378
2. The IceCube Collaboration et al. 2018. Emisia neutrín zo smeru blazaru TXS 0506+056 pred výstrahou IceCube-170922A. veda. 361 ods. https://doi.org/10.1126/science.aat2890
***
