Analiza neutrin IceCube łączy możliwe galaktyczne źródło promieniowania kosmicznego

Odkąd zaproponował francuski fizyk Pierre Auger w 1939 ten który promieniowanie kosmiczne Muszą przenosić ogromne ilości energii, a naukowcy zastanawiali się, co może wytworzyć te potężne skupiska protonów i neutronów, które spadają na ziemską atmosferę. Jednym z możliwych sposobów identyfikacji takich źródeł jest cofnięcie ścieżek wysokoenergetycznych neutrin kosmicznych w drodze na Ziemię, ponieważ powstają one w wyniku zderzenia promieni kosmicznych z materią lub promieniowaniem, w wyniku czego powstają cząstki, które następnie rozpadają się na neutrina i promienie gamma.

Naukowcy z kostka lodu Antarktyczne Obserwatorium Neutrin przeanalizowało już dziesięcioletnie odkrycia tych neutrin i znalazło dowody na to, że aktywna galaktyka zwana Messiera 77 (znana również jako Galaktyka Kałamarnicy) jest silnym kandydatem na pojedynczy wysokoenergetyczny emiter neutrin, według nowy papier Opublikowano w czasopiśmie Science. Zbliża astrofizyków o krok do rozwiązania zagadki pochodzenia wysokoenergetycznych promieni kosmicznych.

„Ta obserwacja stanowi początek możliwości rzeczywistej astronomii neutrin” – Janet Conrad, członek IceCube z MIT Fizyka APS. „Przez długi czas zmagaliśmy się, aby zobaczyć potencjalne kosmiczne źródła neutrin, które mogą być bardzo interesujące, a teraz widzieliśmy jedno. Przełamaliśmy barierę”.

takie jak Powiadom nas wcześniejA neutrina Podróżuj z prędkością światła. Wiersz Johna Updike’a z 1959 r. „Kosmiczna dziewczyna” chwali dwie najbardziej definiujące cechy neutrin: nie mają ładunku i przez dziesięciolecia fizycy myśleli, że nie mają masy (w rzeczywistości mają bardzo małą masę). Neutrina są najliczniejszymi cząstkami subatomowymi we wszechświecie, ale rzadko oddziałują z dowolnym rodzajem materiału. Jesteśmy nieustannie bombardowani co sekundę przez miliony tych maleńkich cząstek, a mimo to przechodzą przez nas, nie zauważając ich. Dlatego Isaac Asimov nazwał je „cząsteczkami duchów”.

Ta niska szybkość reakcji sprawia, że ​​neutrina Jest bardzo trudny do wykrycia, ale ponieważ jest tak lekki, może uciec bez przeszkód (a zatem w dużej mierze niezmieniony), zderzając się z innymi cząstkami materii. Oznacza to, że mogą dostarczyć cennych wskazówek astronomom na temat odległych systemów, wzmocnionych tym, czego można się nauczyć za pomocą teleskopów w całym spektrum elektromagnetycznym, a także fal grawitacyjnych. Razem te różne źródła informacji nazwano astronomią „wielu posłańców”.

Większość łowców neutrin zakopuje swoje eksperymenty głęboko pod ziemią i lepiej jest wyeliminować głośne zakłócenia z innych źródeł. W przypadku IceCube współpraca obejmuje macierze czujników optycznych wielkości koszykówki zakopanych głęboko w lodzie Antarktydy. W tych rzadkich przypadkach, gdy przejściowe neutrino oddziałuje z jądrem atomu w lodzie, zderzenie wytwarza naładowane cząstki, które emitują światło ultrafioletowe i niebieskie fotony. Są one wychwytywane przez czujniki.

IceCube ma więc dobrą pozycję, aby pomóc naukowcom poszerzyć wiedzę na temat pochodzenia wysokoenergetycznych promieni kosmicznych. Jak Natalie Wolcoffer przekonująco Wyjaśnione w Quanta W 2021 r.:

Promień kosmiczny to tylko jądro atomowe – proton lub grupa protonów i neutronów. Jednak rzadkie promienie kosmiczne znane jako „ultraenergetyczne promienie kosmiczne” mają tyle samo energii, co profesjonalnie podane piłki tenisowe. Są miliony razy bardziej energetyczne niż protony krążące wokół okrągłego tunelu Wielkiego Zderzacza Hadronów w Europie z 99,9999991% prędkości światła. W rzeczywistości najbardziej energetyczny promień kosmiczny, jaki kiedykolwiek odkryto, nazwany cząsteczką „o mój Boże”, uderzył w niebo w 1991 roku z prędkością 99,99999999999999999951 procent prędkości światła, nadając mu energię kuli do kręgli, która spadła z wysokości ramion na wysokość palców. .

Ale skąd biorą się tak potężne promienie kosmiczne? Jedna z silnych możliwości Aktywne jądra galaktyczne (AGN), znalezione w środku niektórych galaktyk. Jej energia pochodzi z supermasywnych czarnych dziur w centrum galaktyki i/lub z rotacji czarnej dziury.