У овом уметничком приказивању, блазар убрзава протоне који производе пионе, који производе неутрине и гама зраке. Неутринови су увек резултат хадронске реакције попут оне приказане овде. Гама зраци се могу произвести и у хадронским и у електромагнетним интеракцијама. (ИЦЕЦУБЕ / НАСА)

Прво космичко: Пронађени су ултра-високи енергетски неутрини, од бљештавих галаксија широм свемира

1987. године открили смо неутрине из друге галаксије у супернови. Након чекања од 30 година, нашли смо нешто још боље.

Једна од великих мистерија науке је утврђивање не само онога што је вани, већ и онога што ствара сигнале које детектирамо овде на Земљи. Већ више од једног века знамо да превлачење кроз свемир представљају космичке зраке: честице високе енергије које потичу далеко изван наше галаксије. Иако су идентификовани неки извори за ове честице, велика већина њих, укључујући и оне које су најенергичније, остаје мистерија.

Од данас, све се то променило. ИцеЦубе сарадња је 22. септембра 2017. открила ултра-енергетски неутрино који је стигао на Јужни пол и успео да идентификује његов извор. Кад је низ гама-телескопа погледао исти положај, они нису само видели сигнал, идентификовали су блазар који се управо у том тренутку распалио. Напокон, човечанство је открило бар један извор који ствара ове ултра-енергетске космичке честице.

Кад се црне рупе хране материјом, стварају акрецијски диск и биполарни млаз окомит на њега. Када млаз супермасивне црне рупе укаже на нас, називамо га или БЛ Лацертае објект или блазар. Сматра се да је ово сада главни извор и космичких зрака и високоенергетских неутрина. (НАСА / ЈПЛ)

Универзум, где год да погледамо, препун је ствари које треба сагледати и комуницирати. Материја се споји у галаксије, звезде, планете, па чак и људе. Зрачење тече кроз Универзум, покривајући целокупност електромагнетног спектра. И на сваком кубном центиметру простора могу се наћи стотине сабласно ситних честица познатих као неутрини.

Барем би их се могло наћи ако би комуницирали било којом видљивом фреквенцијом с нормалном материјом којом знамо манипулирати. Уместо тога, неутрино би морао да прође кроз светлосну годину, да би се 50/50 метака сударио са честицом унутра. Десетљећима након његовог приједлога 1930. године нисмо успјели открити неутрину.

Реакторски нуклеарни експериментални РА-6 (Република Аргентина 6), ен марцха, показује карактеристично черенковско зрачење из честица које се емитују брже од светлости у воду. Неутринови (или тачније антинеутринови) које је Паули први претпоставио 1930. године откривени су из сличног нуклеарног реактора 1956. (ЦЕНТРО АТОМИЦО БАРИЛОЦХЕ, ВИА ПИЕЦК ДАРИО)

1956. године први смо их открили постављањем детектора испред нуклеарних реактора, само неколико метара од места где се стварају неутрини. Шездесетих година прошлог века изградили смо довољно велике детекторе - под земљом, заштићени од других загађујућих честица - да бисмо пронашли неутрине произведене од Сунца и сударе космичких зрака са атмосфером.

Тада нам је 1987. године само серендипити пружио супернову толико близу кући да смо из ње могли открити неутрине. Експерименти који трче у потпуно неповезане сврхе открили су неутрине из СН 1987А, покренувши се у ери астрономије са више порука. Неутринови су, колико смо могли да кажемо, путовали Универзумом енергијом која се није разликовала од светлосне брзине.

Остатак супернове 1987а, смештене у великом магелланском облаку удаљеном око 165 000 светлосних година. Чињеница да су неутрини стигли сатима пре првог светлосног сигнала научила нас је више о трајању потребно светлости да се шири кроз звездане слојеве супернове него о брзини којом неутринови путују, а која се није разликовала од брзине светлости. Неутринови, светлост и гравитација изгледа да сви путују истом брзином. (НОЕЛ ЦАРБОНИ и ЕСИБ / ЕСО / НАСА ФИБОСХОП ФИТС ЛИБЕРАТОР)

Током неких 30 година, неутрини из те супернове били су једини неутрини за које смо икада потврдили да су изван нашег сопственог Сунчевог система, а много мање од наше кућне галаксије. Али то не значи да нисмо примали удаљеније неутрине; то је једноставно значило да их не можемо чврсто идентификовати са било којим познатим извором на небу. Иако неутрини врло слабо комуницирају са материјом, већа је вероватноћа да ће комуницирати ако имају већу енергију.

Ту долази Ицецубе неутрино опсерваторија.

ИцеЦубе опсерваторија, прва неутрино опсерваторија такве врсте, осмишљена је да посматра ове неухватљиве, високоенергетске честице испод леда на Антарктику. (ЕМАНУЕЛ ЈАЦОБИ, ИЦЕЦУБЕ / НСФ)

Дубоко у леду Јужног пола, ИцеЦубе затвара кубни километар чврстог материјала, тражећи ове готово безмасне неутрине. Када неутрини прођу кроз Земљу, постоји шанса за интеракцију са честицом унутра. Интеракција ће довести до туча честица, што би требало да остави недвојбени потпис у детектору.

На овој илустрацији, неутрино је реаговао са молекулом леда, стварајући секундарну честицу - муон - која се креће релативистичком брзином у леду, остављајући траг плаве светлости иза себе. (НИЦОЛЛЕ Р. ФУЛЛЕР / НСФ / ИЦЕЦУБЕ)

У шест година колико је ИцеЦубе покренуо, открили су више од 80 високоенергетских космичких неутрина с енергијом преко 100 ТеВ: више од десет пута већом енергијом коју постижу било које честице у ЛХЦ-у. Неки од њих су чак заинтересовани за ПеВ скалу, постигавајући енергије хиљадама пута већим од онога што је потребно за стварање чак и најтежих од познатих основних честица.

Ипак, упркос свим тим неутринама космичког порекла који су стигли на Земљу, још увек их нисмо ускладили са извором на небу који нуди дефинитивну локацију. Откривање ових неутрина је огроман подвиг, али осим ако их не можемо повезати са стварним, посматраним објектом у Универзуму - на пример, то се такође може приметити у неком облику електромагнетне светлости - немамо појма шта их ствара.

Када неутрино делује у бистром леду Антарктика, ствара секундарне честице које остављају траг плаве светлости док путују кроз детектор ИцеЦубе. (НИЦОЛЛЕ Р. ФУЛЛЕР / НСФ / ИЦЕЦУБЕ)

Теоретичари нису имали проблема са идејама, укључујући:

  • хипернове, најсличније од свих супернова,
  • праска гама зрака,
  • ужарене црне рупе,
  • или квазари, највеће, активне црне рупе у Универзуму.

Али за то би били потребни докази.

Примјер високоенергетског неутриног догађаја који је открио ИцеЦубе: 4.45 ПеВ неутрино који је погодио детектор 2014. године.

ИцеЦубе је пратио и издавао издања са свим ултра-енергетским неутринама које су пронашли. 22. септембра 2017. године, виђен је још један такав догађај: ИцеЦубе-170922А. У издању које је изашло, навели су следеће:

22. септембра 2017. ИцеЦубе је открио догађај који је налик трагу, веома висок, са великом вероватноћом да буде астрофизичког порекла. Догађај је идентификован избором праћења екстремно високе енергије (ЕХЕ). ИцеЦубе детектор је био у нормалном радном стању. ЕХЕ догађаји обично имају неутралну вршку интеракције која је изван детектора, производе муон који пролази кроз волумен детектора и имају висок ниво светлости (прокси за енергију).
Козмички зраци туширају честице ударајући протоне и атоме у атмосферу, али они такође емитују светлост због Черенковског зрачења. Посматрајући космичке зраке са неба и неутрине који ударају на Земљу, можемо искористити случајности да откријемо порекло оба (СИМОН СВОРДИ (У. ЦХИЦАГО), НАСА)

Тај је покушај интересантан не само за неутрине, већ и за космичке зраке уопште. Упркос чињеници да смо видели милионе космичких зрака високих енергија више од једног века, не разумемо одакле већина њих потиче. То важи за протоне, језгра и неутрине који су створени и на извору и преко каскада / тушева у атмосфери.

Зато је фасцинантно да је ИцеЦубе, уз упозорење, дао и координате за то где је овај неутрино требало да потиче на небу, на следећем положају:

  • РА: 77,43 ° (-0,80 ° / + 1,30 °, 90% ПСФ-а) Ј2000
  • Дец: 5,72 ° (-0,40 ° / + 0,70 °, 90% ПСФ-а) Ј2000

И то је довело посматраче, који су покушавали да прате праћења преко електромагнетног спектра, према овом објекту.

Утисак уметника о активном галактичком језгру. Супермасивна црна рупа у средишту дискреционог диска шаље уски високоенергетски млаз материје у простор, окомито на диск. Блазар удаљен око 4 милијарде светлосних година порекло је ових космичких зрака и неутрина. (ПРОИЗВОДИ, ЛАБИРАЊЕ ЛУКЕ ЗА КОМУНИКАЦИЈУ

Ово је блазар: супермасивна црна рупа која је тренутно у активном стању, храни се материјом и убрзава је до огромне брзине. Блазари су баш попут квазара, али с једном битном разликом. Иако се квазари могу оријентисати у било ком правцу, блазар ће увек имати један од својих млазница усмјерен директно на Земљу. Називају их блазарима зато што "пламте" управо на вас.

Овај посебан блазар познат је под називом ТКСС 0506 + 056, а када је низ опсерваторија, укључујући НАСА-ову опсерваторију Ферми и земаљски телескоп МАГИЦ на Канарским острвима, одмах уочио гама-зраке.

Око 20 опсерваторија на Земљи и у свемиру обавило је праћење локације на којој је ИцеЦубе посматрао неутрино у септембру прошле године, што је омогућило идетификацију онога што научници сматрају извором високотнергетских неутрина и, дакле, космичких зрака. Поред неутрина, посматрања направљена широм електромагнетног спектра укључују гама-зраке, Кс-зраке и оптичко и радио-зрачење. (НИЦОЛЛЕ Р. ФУЛЛЕР / НСФ / ИЦЕЦУБЕ)

И не само то, али када су стигли неутрини, откривено је да је блазар у стању запаљења, што одговара најактивнијим одливима таквих предмета. Откако је одлив достигао врхунац и успон, истраживачи повезани са ИцеЦубе-ом прошли су кроз деценију вредне рекорде пре паљења 22. септембра 2017. и тражили све неутринске догађаје који би потекли са положаја ТКСС 0506 + 056.

Непосредни налаз? Неутринови су с овог објекта стизали у вишеструким рафалима, током више година. Комбинујући неутринска опажања са електромагнетским, чврсто смо успели да утврдимо да високоенергетске неутрине производе блазари, и да имамо могућност да их детектујемо, чак и са тако велике удаљености. ТКСС 0506 + 056, ако сте били знатижељни, налази се на удаљености од око 4 милијарде светлосних година.

Блазар ТКСС 0506 + 056 је први идентификовани извор високоенергетских неутрина и космичких зрака. Ова илустрација, заснована на слици Ориона од НАСА-е, показује локацију блазара, смештеног на ноћном небу тик уз лево раме сазвежђа Орион. Извор се налази око 4 милијарде светлосних година од Земље. (ИЦЕЦУБЕ / НАСА / НСФ)

Огроман износ може се научити из овог једног опсервације више порука.

  • Показано је да су Блазари бар један извор космичких зрака.
  • Да бисте произвели неутрине, потребни су вам распадајући пиони, а они се производе убрзаним протонима.
  • Ово пружа прве дефинитивне доказе о убрзању протона црним рупама.
  • Ово такође показује да је блазер ТКСС 0506 + 056 један од најсјајнијих извора у Универзуму.
  • Најзад, из пратећих гама зрака можемо бити сигурни да космички неутрини и космички зраци, бар понекад, имају заједничко порекло.
Козмички зраци произведени из високоенергетских извора астрофизике могу доћи до Земљине површине. Када се космички зрак судара с честицом у Земљиној атмосфери, он ствара туш честица које можемо детектирати низовима на земљи. Најзад смо открили главни извор њих. (АСПЕРА САРАДЊА / АСТРОПАРТИЦЛЕ ЕРАНЕТ)

Према Францес Халзен, главном истражитељу неутринске опсерваторије ИцеЦубе,

Занимљиво је да је у заједници астрофизике постојао општи консензус да вероватноћа да блазари нису извори космичких зрака, а ево нас ... Способност да се телескопи маршала глобално направе откриће користећи различите таласне дужине и спојене са неутринским детектором. попут ИцеЦубе-а представља прекретницу у ономе што научници називају „астрономија са више порука“.

Доба астрономије с више порука је званично овде, а сада имамо три потпуно независна и комплементарна начина гледања у небо: са светлошћу, са неутринама и са гравитационим таласима. Сазнали смо да блазари, који су се некада сматрали мало вероватним кандидатом за стварање високоенергетских неутрина и космичких зрака, у ствари стварају и једно и друго.

Ово је уметников утисак далеког квазара 3Ц 279. Биполарни млазови су уобичајена особина, али је крајње необично да такав млаз буде усмерен директно на нас. Кад се то догоди, имамо Блазар, сада потврђено да је извор и високо-енергетских космичких зрака и ултра-високо-енергетских неутрина које виђамо годинама. (ЕСО / М. КОРНМЕССЕР)

Овим открићем званично се покреће ново научно поље, високоенергетска неутрино астрономија. Неутринови више нису нус-продукт других интеракција, нити космичка радозналост која се једва шири изван нашег Сунчевог система. Уместо тога, можемо их користити као темељну сонду Универзума и основних закона саме физике. Један од главних циљева изградње ИцеЦубе-а био је идентификовање извора високоенергетских космичких неутрина. Са идентификацијом блазара ТКСС 0506 + 056 као извора и за ове неутрине и гама зраке, то је напокон остварен један космички сан.

Стартс Витх А Банг је сада на Форбесу, а објављен је на Медиум захваљујући нашим присталицама Патреон-а. Етхан је аутор две књиге, Беионд Тхе Галаки и Трекнологи: Тхе Сциенце оф Стар Трек од Трицордерс до Варп Дриве-а.