Umjetnička ilustracija blazara kao što je nedavno otkriveno da ubrzava neutrine i kozmičke zrake do ogromne brzine. Supermasivna crna rupa u središtu akumulacijskog diska šalje uski visokoenergetski mlaz materije u svemir, okomito na disk.
(Slika: © DESY, Znanstveno-komunikacijski laboratorij)
Astronomi su prvi put dosad pronašli visokoenergetski neutrino do njegovog kozmičkog izvora, rješavajući stoljetnu misteriju.
Neutrini su gotovo bezmasne subatomske čestice koje nemaju električni naboj i stoga rijetko komuniciraju sa okolinom. Doista, trilijuni tih "čestica duhova" svake sekunde neopaženo i nesmetano prolaze kroz vaše tijelo.
Većina tih neutrina dolazi od sunca. Ali mali postotak, koji se pohvali izuzetno visokom energijom, raketirao se na naš vrat šume iz vrlo dubokog svemira. Svojstvena neuhvatljivost neutrina spriječila je astronome da do tada utvrde porijeklo takvih kozmičkih lutalica. [Traženje Neutrina do njegova izvora: Otkriće u slikama]
Promatranja Neutrinog opservatorija IceCube na Južnom polu i mnoštvo drugih instrumenata omogućili su istraživačima da prate jedan kozmički neutrino do dalekog blazara, ogromne eliptične galaksije s brzo vrtljivom supermasičnom crnom rupom u srcu.
I ima ih još. Kozmički neutrini idu ruku pod ruku s kozmičkim zrakama, visoko energetski nabijenim česticama koje se neprestano zabijaju u naš planet. Dakle, novi pronalaze blazare kao akceleratore barem nekih kozmičkih zraka koje se najbrže kreću.
Astronomi su se pitali o tome otkad su prvi put otkrivene kosmičke zrake, davne 1912. Ali, na njih ih je omela priroda nabijena česticama, koja diktira da se kozmičke zrake vuku ovim putem i da razni predmeti dok zumiraju kroz svemir. Uspjeh je konačno nastao korištenjem pravocrtnog putovanja čestice duha sugrađana.
"Izvori kozmičkih zraka tražili smo više od jednog stoljeća, a konačno smo ih pronašli", rekao je Francis Halzen, vodeći znanstvenik u Neutrino opservatoriju IceCube i profesor fizike na Sveučilištu Wisconsin-Madison. com. [Čudna fizika: najslađe male čestice u prirodi]
Timski napor
IceCube, kojom upravlja američka Nacionalna znanstvena zaklada (NSF), posvećeni je lovac na neutrino. Objekt se sastoji od 86 kablova koji se strše unutar bušotina koje se pružaju oko 1,5 milju (2,5 kilometra) u led na Antarktiku. Svaki kabel zauzvrat sadrži 60 digitalnih optičkih modula veličine košarke, koji su opremljeni osjetljivim detektorima svjetla.
Ovi detektori dizajnirani su tako da prime karakterističnu plavu svjetlost koja se emitira nakon što neutrino komunicira s atomskim jezgrom. (Ovo svjetlo baca sekundarna čestica stvorena interakcijom. I u slučaju da se pitate: Sav taj ledeni led sprečava čestice osim neutrina da dođu do detektora i ispraznu podatke.) To su rijetki događaji; "IceCube" opazi samo nekoliko stotina neutrina godišnje, rekao je Halzen.
Postrojenje je već dalo velike doprinose astronomiji. Na primjer, 2013. godine, IceCube je prvi put potvrdio otkrivanje neutrina izvan galaksije Mliječni put. Tada istraživači nisu mogli otkriti izvor tih visokoenergetskih čestica duha.
Međutim, 22. rujna 2017. IceCube je pokupio još jedan kozmički neutrino. Bio je izuzetno energičan, sa oko 300 teraelektronskih volti - gotovo 50 puta veći od energije protona koji su se kretali kroz Zemljin najmoćniji akcelerator čestica, Veliki hadronski sudarač.
U roku od jedne minute od otkrića, postrojenje je poslalo automatsku obavijest, upozorivši ostale astronome na pronalazak i usmjeravanje koordinata do mrlje neba za koju se činilo da sadrži izvor čestice.
Zajednica je odgovorila: Gotovo 20 teleskopa na zemlji i u svemiru promatralo je tu patku preko elektromagnetskog spektra, od niskoenergetskih radio valova do visokoenergetskih gama-zraka. Kombinirana promatranja pratila su podrijetlo neutrina do već poznatog blazara zvanog TXS 0506 + 056, koji leži oko 4 milijarde svjetlosnih godina od Zemlje.
Na primjer, praćenja nekoliko različitih instrumenata - uključujući NASA-in svemirski teleskop Fermi gama-zrakoplovom i glavni atmosferski gama-slikanje Čerenkov teleskop (MAGIC) na Kanarskim otocima - otkrili su snažan prasak svjetlosti gama-zraka koje blješta sa TXS 0506 + 056. [Gamma-Ray Universe: Fotografije NASA-inog svemirskog teleskopa]
IceCube tim je također prošao kroz svoje arhivske podatke i pronašao više desetaka drugih kozmičkih neutrina za koje se činilo da dolaze iz istog blazara. Te dodatne čestice detektori su pokupili od kraja 2014. do početka 2015. godine.
"Svi se dijelovi spajaju zajedno", rekao je Albrecht Karle, stariji znanstvenik IceCube-a i profesor fizike UW-Madison. "Neutrino bujanje u našim arhivskim podacima postalo je neovisna potvrda. Zajedno s opažanjima drugih opservatorija, uvjerljivi su dokazi da je ovaj blazer izvor ekstremno energetskih neutrina, a time i visokoenergetskih kozmičkih zraka."
O nalazima se izvještava u dvije nove studije objavljene danas na mreži (12. srpnja) u časopisu Science. Možete ih pronaći ovdje i ovdje.
Multimedijska astrofizika u porastu
Blazari su posebna vrsta superluminaste aktivne galaksije koja izvire u blizance, svjetlost i čestice, od kojih je jedan usmjeren izravno na Zemlju. (To je dijelom i zašto nam se blazari čine tako svijetli - jer smo u liniji mlazne vatre.)
Astronomi su identificirali nekoliko tisuća blazara u svemiru, a nijedno od njih još nije otkrilo da prosipa neutrino na nas poput TXS 0506 + 056.
"Ima nešto posebno u ovom izvoru i moramo shvatiti o čemu se radi", rekao je Halzen za Space.com.
To je samo jedno od mnogih pitanja koja su postavili novi rezultati. Na primjer, Halzen bi također želio znati mehanizam ubrzanja: Kako, točno, blazari dobivaju neutrine i kozmičke zrake do tako ogromne brzine?
Halzen je izrazio optimizam u odgovoru na takva pitanja u relativno bliskoj budućnosti, navodeći snagu "multimedijske astrofizike" - korištenja najmanje dvije različite vrste signala za ispitivanje kozmosa - koji su izloženi u dvije nove studije.
Otkriće neutrina pomno slijedi za petama još jedne multimedijske orijentacije: U listopadu 2017. istraživači su objavili da su analizirali sudar dviju superzvučnih neutronskih zvijezda promatrajući i elektromagnetsko zračenje i gravitacijske valove koje su emitirane tijekom dramatičnog događaja.
"Doba multimedijske astrofizike je ovdje", rekla je ravnateljica NSF-a France Cordova u istoj izjavi. "Svaki glasnik - od elektromagnetskog zračenja, gravitacijskih valova i sada neutrina - daje nam cjelovitije razumijevanje svemira i važne nove uvide u najmoćnije predmete i događaje na nebu."
