Η προέλευση της υψηλής ενέργειας νετρίνο έχουν εντοπιστεί για πρώτη φορά, λύνοντας ένα σημαντικό αστρονομικό μυστήριο
Για να κατανοήσετε και να μάθετε περισσότερα ενέργεια ή ύλη, η μελέτη των μυστηριωδών υποατομικών σωματιδίων είναι πολύ κρίσιμη. Οι φυσικοί εξετάζουν τα υποατομικά σωματίδια - νετρίνα – να αποκτήσουν περαιτέρω κατανόηση των διαφορετικών γεγονότων και διαδικασιών από τις οποίες προήλθαν. Γνωρίζουμε για τα αστέρια και ιδιαίτερα τον ήλιο μελετώντας νετρίνα. Υπάρχουν τόσα πολλά να μάθουμε για το σύμπαν και η κατανόηση του τρόπου λειτουργίας των νετρίνων είναι το πιο σημαντικό βήμα για κάθε επιστήμονα που ενδιαφέρεται για τη Φυσική και την Αστρονομία.
Τι είναι τα νετρίνα;
Τα νετρίνα είναι ατμούς (και πολύ πτητικά) σωματίδια με σχεδόν καθόλου μάζα, χωρίς ηλεκτρικό φορτίο και μπορούν να περάσουν από οποιοδήποτε είδος ύλης χωρίς καμία αλλοίωση από μόνα τους. Τα νετρίνα μπορούν να το πετύχουν αυτό αντέχοντας ακραίες συνθήκες και πυκνά περιβάλλοντα όπως αστέρια, πλανήτης και τους γαλαξίες. Ένα σημαντικό χαρακτηριστικό των νετρίνων είναι ότι δεν αλληλεπιδρούν ποτέ με την ύλη στο περιβάλλον τους και αυτό τους κάνει πολύ δύσκολο να αναλυθούν. Επίσης, υπάρχουν σε τρεις «γεύσεις» – ηλεκτρόνιο, ταυ και μιόνιο και εναλλάσσονται μεταξύ αυτών των γεύσεων όταν ταλαντώνονται. Αυτό ονομάζεται φαινόμενα «μίξης» και αυτός είναι ο πιο περίεργος τομέας μελέτης κατά τη διεξαγωγή πειραμάτων σε νετρίνα. Τα ισχυρότερα χαρακτηριστικά των νετρίνων είναι ότι φέρουν μοναδικές πληροφορίες για την ακριβή προέλευσή τους. Αυτό οφείλεται κυρίως στο ότι τα νετρίνα είναι αν και πολύ ενεργητικά, δεν έχουν φορτίο, επομένως παραμένουν ανεπηρέαστα από μαγνητικά πεδία οποιασδήποτε ισχύος. Η προέλευση των νετρίνων δεν είναι πλήρως γνωστή. Τα περισσότερα από αυτά προέρχονται από τον ήλιο, αλλά ένας μικρός αριθμός, ειδικά αυτοί που έχουν υψηλή ενέργεια, προέρχονται από βαθύτερες περιοχές του χώρος. Αυτός είναι ο λόγος που η ακριβής προέλευση αυτών των άπιαστων περιπλανώμενων ήταν ακόμη άγνωστη και αναφέρονται ως «σωματίδια φάντασμα».
Εντοπίστηκε η προέλευση του νετρίνου υψηλής ενέργειας
Σε πρωτοποριακές δίδυμες μελέτες στην αστρονομία που δημοσιεύθηκαν στο Επιστήμη, οι ερευνητές εντόπισαν για πρώτη φορά την προέλευση ενός νετρίνου φανταστικού υποατομικού σωματιδίου που βρέθηκε βαθιά στον πάγο στην Ανταρκτική αφού ταξίδεψε 3.7 δισεκατομμύρια χρόνια σε πλανήτης Γη1,2. Αυτή η εργασία επιτυγχάνεται με τη συνεργασία περισσότερων από 300 επιστημόνων και 49 ιδρυμάτων. Τα νετρίνα υψηλής ενέργειας εντοπίστηκαν από τον μεγαλύτερο ανιχνευτή IceCube που δημιουργήθηκε ποτέ στον Νότιο Πόλο από το Παρατηρητήριο Νετρίνων IceCube βαθιά μέσα στα στρώματα του πάγου. Για να επιτύχουν τον στόχο τους, 86 τρύπες διανοίχτηκαν στον πάγο, η καθεμία βάθους ενάμιση μιλίου, και απλώθηκαν σε ένα δίκτυο με περισσότερους από 5000 αισθητήρες φωτός, καλύπτοντας έτσι μια συνολική έκταση 1 κυβικού χιλιομέτρου. Ο ανιχνευτής IceCube, που διαχειρίζεται το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών των ΗΠΑ, είναι ένας γιγάντιος ανιχνευτής που αποτελείται από 86 καλώδια που τοποθετούνται σε γεωτρήσεις που εκτείνονται μέχρι βαθύ πάγο. Οι ανιχνευτές καταγράφουν το ειδικό μπλε φως που εκπέμπεται όταν ένα νετρίνο αλληλεπιδρά με έναν ατομικό πυρήνα. Πολλά νετρίνα υψηλής ενέργειας ανιχνεύθηκαν, αλλά ήταν μη ανιχνεύσιμα έως ότου ένα νετρίνο με ενέργεια 300 τρισεκατομμυρίων ηλεκτρον βολτ ανιχνεύθηκε με επιτυχία κάτω από ένα κάλυμμα πάγου. Αυτή η ενέργεια είναι σχεδόν 50 φορές μεγαλύτερη από την ενέργεια των πρωτονίων που κυκλώνουν μέσω του Μεγάλου Επιταχυντή Hardon, ο οποίος είναι ο πιο ισχυρός επιταχυντής σωματιδίων σε αυτό. πλανήτης. Μόλις έγινε αυτή η ανίχνευση, ένα σύστημα πραγματικού χρόνου συγκέντρωσε μεθοδικά και συγκέντρωσε δεδομένα, για ολόκληρο το ηλεκτρομαγνητικό φάσμα, από εργαστήρια στη Γη και σε χώρος για την προέλευση αυτού του νετρίνου.
Το νετρίνο εντοπίστηκε με επιτυχία σε ένα φωτεινό γαλαξίας γνωστό ως «blazer». Το Blazer είναι ένα γιγάντιο ελλειπτικό ενεργό γαλαξίας με δύο πίδακες που εκπέμπουν νετρίνα και ακτίνες γάμμα. Έχει μια χαρακτηριστική υπερμεγέθυνση και περιστρέφεται γρήγορα μαύρη τρύπα στο κέντρο του και το γαλαξίας κινείται προς τη Γη με την ταχύτητα του φωτός. Ένας από τους πίδακες του μπλέιζερ έχει έναν απίστευτα φωτεινό χαρακτήρα και δείχνει απευθείας στη γη δίνοντας αυτό γαλαξίας το όνομά του. Το μπλέιζερ γαλαξίας βρίσκεται στα αριστερά του αστερισμού του Ωρίωνα και αυτή η απόσταση είναι περίπου 4 δισεκατομμύρια έτη φωτός από τη Γη. Τόσο τα νετρίνα όσο και οι ακτίνες γάμμα εντοπίστηκαν από το αστεροσκοπείο και επίσης συνολικά 20 τηλεσκόπια στη Γη και σε χώρος. Αυτή η πρώτη μελέτη1 έδειξε την ανίχνευση νετρίνων και μια δεύτερη μετέπειτα μελέτη2 έδειξε ότι το μπλέιζερ γαλαξίας είχε παραγάγει αυτά τα νετρίνα νωρίτερα, επίσης, το 2014 και το 2015. Το μπλέιζερ είναι σίγουρα μια πηγή εξαιρετικά ενεργητικών νετρίνων και επομένως και κοσμικών ακτίνων.
Πρωτοποριακή ανακάλυψη στην αστρονομία
Η ανακάλυψη αυτών των νετρίνων είναι μια μεγάλη επιτυχία και μπορεί να επιτρέψει τη μελέτη και την παρατήρηση του σύμπαν με απαράμιλλο τρόπο. Οι επιστήμονες δηλώνουν ότι αυτή η ανακάλυψη μπορεί να τους βοηθήσει να εντοπίσουν, για πρώτη φορά, την προέλευση των μυστηριωδών κοσμικών ακτίνων. Αυτές οι ακτίνες είναι θραύσματα ατόμων που κατεβαίνουν στη Γη έξω από το ηλιακό σύστημα και φλέγονται με την ταχύτητα του φωτός. Κατηγορούνται για την πρόκληση προβλημάτων σε δορυφόρους, συστήματα επικοινωνιών κ.λπ. Σε αντίθεση με τα νετρίνα, οι κοσμικές ακτίνες είναι φορτισμένα σωματίδια, έτσι τα μαγνητικά πεδία συνεχίζουν να επηρεάζουν και να αλλάζουν την πορεία τους και αυτό καθιστά αδύνατη την ανίχνευση της προέλευσής τους. Οι κοσμικές ακτίνες αποτελούν αντικείμενο έρευνας στην αστρονομία για μεγάλο χρονικό διάστημα και παρόλο που ανακαλύφθηκαν το 1912, οι κοσμικές ακτίνες παραμένουν ένα μεγάλο μυστήριο.
Στο μέλλον, ένα παρατηρητήριο νετρίνων σε μεγαλύτερη κλίμακα που χρησιμοποιεί παρόμοια υποδομή όπως χρησιμοποιείται σε αυτή τη μελέτη μπορεί να επιτύχει ταχύτερα αποτελέσματα και να γίνουν περισσότερες ανιχνεύσεις για την αποκάλυψη νέων πηγών νετρίνων. Αυτή η μελέτη που έγινε με την καταγραφή πολλαπλών παρατηρήσεων και τη γνώση των δεδομένων σε όλο το ηλεκτρομαγνητικό φάσμα είναι ζωτικής σημασίας για την περαιτέρω κατανόηση του σύμπαν τους μηχανισμούς της φυσικής που το διέπουν. Είναι μια πρωταρχική απεικόνιση της αστρονομίας «πολλών αποστολέων» που χρησιμοποιεί τουλάχιστον δύο διαφορετικούς τύπους σημάτων για να εξετάσει τον κόσμο, καθιστώντας τον πιο ισχυρό και ακριβή για να κάνει τέτοιες ανακαλύψεις δυνατές. Αυτή η προσέγγιση βοήθησε στην ανακάλυψη της σύγκρουσης αστεριών νετρονίων και επίσης βαρυτικά κύματα στο πρόσφατο παρελθόν. Καθένας από αυτούς τους αγγελιοφόρους μας παρέχει νέες γνώσεις για το σύμπαν και δυνατά γεγονότα στην ατμόσφαιρα. Επίσης, μπορεί να βοηθήσει στην κατανόηση περισσότερων ακραίων γεγονότων που συνέβησαν πριν από εκατομμύρια χρόνια, καθιστώντας αυτά τα σωματίδια για να κάνουν το ταξίδι τους στη Γη.
***
{Μπορείτε να διαβάσετε την αρχική ερευνητική εργασία κάνοντας κλικ στον σύνδεσμο DOI που δίνεται παρακάτω στη λίστα των αναφερόμενων πηγών}
Πηγές)
1.The IceCube Collaboration et al. 2018. Παρατηρήσεις πολλαπλών μηνυμάτων ενός φλεγόμενου blazar που συμπίπτουν με το νετρίνο υψηλής ενέργειας IceCube-170922A. Επιστήμη. 361 (6398). https://doi.org/10.1126/science.aat1378
2.The IceCube Collaboration et al. 2018. Εκπομπή νετρίνων από την κατεύθυνση του blazar TXS 0506+056 πριν από την ειδοποίηση IceCube-170922A. Επιστήμη. 361 (6398). https://doi.org/10.1126/science.aat2890
***
