Astronomowie z kilku instytucji naukowych poinformowali o zlokalizowaniu odległego źródła wysokoenergetycznych cząstek-duchów. Badaczce po raz pierwszy w historii wskazali źródło neutrin poza naszą galaktyką i jest to znajdujący się blisko 4 miliardy lat świetlnych od Ziemi blazar oznaczony symbolami TXS 0506+056.

Neutrina są ultralekkimi cząstkami elementarnymi. Nie posiadają ładunku elektrycznego, a znikoma masa pozwala im podróżować na ogromne odległości rzędów miliardów lat świetlnych. Choć obok fotonów są najbardziej rozpowszechnionymi cząstkami we Wszechświecie, to ciągle nie wiadomo o nich zbyt wiele. Neutrina bowiem bardzo słabo oddziałują z materią. Na tyle słabo, że często określa się je mianem „cząstek-duchów”. Potrafią przenikać przez większość obiektów nie pozostawiając za sobą śladu. Materia wydaje się dla nich przeźroczysta.

Schemat blazara emitującego w kierunku Ziemi cząstki i promieniowanie gamma /IceCube/NASA /Materiały prasowe

Do tej pory badacze poznali jedynie dwa źródła neutrin. To Słońce oraz supernowa 1987A. Od 30 lat, gdy nastąpiła detekcja neutrin ze wspomnianej supernowej, badacze nieustannie poszukiwali innych źródeł wysokoenergetycznego promieniowania kosmicznego.

We wrześniu ubiegłego roku znajdujący się na Antarktydzie teleskop neutrinowy IceCube zarejestrował kilka neutrin. To zdarzenie uruchomiło kampanię obserwacyjną naukowców, którzy od lat poszukiwali innego źródła tych cząstek. Kampania obserwacyjna, w której naukowcy z Niemiec odegrali kluczową rolę, jest decydującym krokiem w kierunku rozwiązania zagadki, która od ponad 100 lat nie dawała spać naukowcom. Chodzi o dokładne ustalenie źródeł promieni kosmicznych – wysokoenergetycznych cząstek subatomowych, które nieustannie bombardują ziemską atmosferę.

Kampania obserwacyjna została przeprowadzona w całym zakresie spektrum elektromagnetycznego – od fal radiowych, po promieniowanie gamma. Obserwacje przyniosły efekt. Naukowcy ustalili, że egzotyczna cząstka powstała w galaktyce oddalonej 3,7 miliarda lat świetlnych od nas, w konstelacji Oriona, gdzie monstrualna czarna dziura posłużyła jako naturalny akcelerator cząstek To blazar TXS 0506+056.

Naukowcy z 18 różnych obserwatoriów zaangażowanych w odkrycie, przedstawili wyniki badań w dwóch pracach opublikowanych na łamach „Science” (1,2). Pierwsza praca dotyczy odkrycia źródła, druga natomiast wskazuje, że inne neutrina zarejestrowane wcześniej przez IceCube pochodziły z tego samego źródła.

Schemat IceCube wraz z czujnikami zamontowanymi pod lodem. Fot. IceCube/NFS

Wykazanie obecności neutrin jest jednak niezwykle skomplikowane, ponieważ większość cząstek-duchów przenika przez całą Ziemię. Tylko w bardzo rzadkich przypadkach neutrino oddziałuje z otoczeniem. Żeby móc je obserwować, naukowcy potrzebują naprawdę spokojnego miejsca. Warunki te spełnia detektor IceCube w okolicy Bieguna Południowego. Detektor ten, prowadzony przez 49 instytucji naukowych z 12 krajów, za pomocą tysięcy fotopowielaczy monitoruje kilometr sześcienny lodu znajdujący się niemal półtora kilometra pod powierzchnią. Fotopowielacze tropią subtelne błyski świetlne, inicjowane przez interakcję cząstek tworzących lód z neutrinami.

Pięć lat temu IceCube dostarczył pierwszy dowód na wysokoenergetyczne neutrina z głębin kosmosu. Jednak te neutrina wydawały się przybywać z przypadkowych kierunków. – Do tej pory nie wiedzieliśmy, skąd pochodzą – przyznała Elisa Resconi z Politechniki w Monachium, której zespół w znacznym stopniu przyczynił się do odkrycia. – Neutrino zarejestrowane 22 września pozwoliło nam zidentyfikować pierwsze źródło – dodała.

– To kamień milowy dla rozwijającej się dziedziny astronomii neutrinowej. Otwieramy nowe okno na Wszechświat – powiedział Marek Kowalski, szef Neutrino Astronomy w DESY (Deutsches Elektronen-Synchrotron – Niemiecki Synchrotron Elektronowy). – Konsekwentna kampania obserwacyjna z wykorzystaniem instrumentów zlokalizowanych na całym świecie przyniosła efekt – dodał.

Neutrina są neutralne elektrycznie, a zatem nie są odbijane przez kosmiczne pola magnetyczne podczas podróży w przestrzeni, co oznacza, że ​​kierunek, z którego przybywają, wskazuje na ich rzeczywiste źródło. W tym przypadku jest nim blazar oznaczony symbolem TXS 0506+056.

Blazary to jasne, aktywne galaktyki, których widmo promieniowania pochodzi od dżetów (strumieni plazmy) skierowanych pod niewielkim kątem w stronę obserwatora. To jedne z najsilniejszych źródeł promieniowania gamma. Źródłem dżetów są monstrualne czarne dziury. Blazary są niczym ogromne, kosmiczne latarnie widoczne z odległych zakątków Wszechświata.

Pierwsze blazary odkryto w latach 60. Dziś znamy już kilka tysięcy tych obiektów. Niektóre oddalone są od nas o 10 miliardów lat świetlnych. W przypadku blazara TXS 0506+056 strumień plazmy leci niemal dokładnie w naszym kierunku.

Energia neutrin zarejestrowanych we wrześniu ubiegłego roku wynosiła około 300 TeV ( teraelektronowoltów). To ponad 40 razy więcej, niż można uzyskać w najpotężniejszych akceleratorach cząstek na Ziemi. W Wielkim Zderzaczu Hadronów fizycy potrafią uzyskać energię rzędu kilkunastu TeV.

– Ponieważ neutrina są rodzajem produktu ubocznego naładowanych cząstek w promieniach kosmicznych, nasza obserwacja oznacza, że ​​aktywne galaktyki są również akceleratorami cząstek promieniowania kosmicznego. Ponad sto lat po odkryciu promieni kosmicznych przez Victora Hessa w 1912 roku, odkrycia dokonane w IceCube po raz pierwszy zlokalizowały konkretne, pozagalaktyczne źródło tych wysokoenergetycznych cząstek – zaznaczył Kowalski.

 

 

 

Źródło: NatureScience Daily, DziennikNaukowy