Mākslinieka ilustrācija par blazāru, kāds nesen tika atrasts, paātrina neitrīno un kosmisko staru sasniegšanu līdz milzīgam ātrumam. Supermasīvs melnais caurums akrecijas diska centrā nosūta šauru lielas enerģijas enerģijas strūklu kosmosā perpendikulāri diskam.
(Attēls: © DESY, Science Communication Lab)
Astronomi pirmo reizi ir izsekojuši augstas enerģijas neitrīno tā kosmiskajam avotam, šajā procesā atrisinot gadsimtiem ilgu noslēpumu.
Neitrīni ir gandrīz bezsvara subatomiskas daļiņas, kurām nav elektrības lādiņa, un tāpēc tās reti mijiedarbojas ar apkārtni. Patiešām, triljoni šo "spoku daļiņu" katru sekundi caur jūsu ķermeni plūst nepamanīti un netraucēti.
Lielākā daļa no šiem neitrīniem nāk no saules. Bet neliels procents cilvēku, kas lepojas ar ārkārtīgi augstu enerģiju, ir ieradušies mūsu meža kaklā no ļoti dziļas kosmosa. Neitrīno raksturīgā dzīvotspēja līdz šim brīdim nav ļāvusi astronomiem noteikt šādu kosmisko klejotāju izcelsmi. [Neitrino izsekošana līdz tā avotam: atklājums attēlos]
IceCube Neutrino observatorijas novērojumi Dienvidpolā un virkne citu instrumentu ļāva pētniekiem izsekot vienam kosmiskajam neitrīnam līdz tālajam blazāram - milzīgai elipsveida galaktikai ar ātri vērpjošu supermasīvu melno caurumu tās sirdī.
Un tur ir vairāk. Kosmiskie neitrīni iet roku rokā ar kosmiskajiem stariem, ar ļoti enerģētiski uzlādētām daļiņām, kas nepārtraukti iekļūst mūsu planētā. Tātad jaunais atradums piesprauž balzārus kā paātrinātājus vismaz dažiem arī visātrāk virzošajiem kosmiskajiem stariem.
Astronomi par to ir brīnījušies kopš kosmisko staru atklāšanas, sākot ar 1912. gadu. Bet viņus nomāc daļiņu uzlādētā daba, kas nosaka, ka kosmiskie stari tiek pievilkti šādā veidā un ka dažādi objekti, pārvietojoties pa kosmosu. Visbeidzot panākumus guva tas, ka izmantoja līdzbraucēja spoku daļiņu tiešo braucienu.
"Mēs esam meklējuši kosmisko staru avotus vairāk nekā gadsimtu, un beidzot esam tādu atraduši," Kosmosam stāstīja Fransisko Halzens, IceCube Neutrino observatorijas vadošais zinātnieks un Viskonsinas-Medisonas universitātes fizikas profesors. com. [Priecīgs fizika: stilīgākās mazās daļiņas dabā]
Komandas centieni
IceCube, kuru pārvalda ASV Nacionālais zinātnes fonds (NSF), ir īpašs neitrīno mednieks. Objektu veido 86 kabeļi, kas ligzdo urbumos, kas sniedzas apmēram 1,5 jūdzes (2,5 kilometrus) Antarktikas ledū. Katrā kabelī savukārt ir 60 basketbola izmēra "digitālie optiskie moduļi", kas ir aprīkoti ar jutīgiem gaismas detektoriem.
Šie detektori ir paredzēti, lai uztvertu raksturīgo zilo gaismu, ko izstaro pēc neitrīna mijiedarbības ar atoma kodolu. (Šo gaismu izmet mijiedarbības radītā sekundārā daļiņa. Un, ja jums radās jautājums: viss, kas pārklāj ledu, neļauj daļiņām, kas nav neitrīno, nokļūt detektoros un netīrīt datus.) Šie ir reti gadījumi; IceCube pamana tikai pāris simtus neitrīnu gadā, sacīja Halzena.
Objekts jau ir devis lielu ieguldījumu astronomijā. Piemēram, 2013. gadā IceCube veica pirmo reizi apstiprināto neitrīnu noteikšanu ārpus Piena ceļa galaktikas. Pētnieki tolaik nespēja noskaidrot šo augstas enerģijas spoku daļiņu avotu.
Tomēr 2017. gada 22. septembrī IceCube pacēla vēl vienu kosmisko neitrīno. Tas bija ārkārtīgi enerģisks, iesaiņojot apmēram 300 teraelektronu voltus - gandrīz 50 reizes lielāks par protonu enerģiju, kas pārvietojas pa Zemes jaudīgāko daļiņu paātrinātāju - Lielo hadronu sadursmi.
Vienas minūtes laikā pēc atklāšanas objekts izsūtīja automātisku paziņojumu, brīdinot citus astronomus par atrašanu un nosūtot koordinātas uz debesu plāksteri, kurā šķita, ka atrodas daļiņu avots.
Sabiedrība reaģēja: Gandrīz 20 teleskopi, kas atradās uz zemes un kosmosā, skāra elektromagnētisko spektru, sākot ar zemas enerģijas radioviļņiem un beidzot ar augstas enerģijas gamma stariem. Kombinētie novērojumi izsekoja neitrīno izcelsmi līdz jau zināmam blazāram ar nosaukumu TXS 0506 + 056, kas atrodas apmēram 4 miljardus gaismas gadu attālumā no Zemes.
Piemēram, vairāku dažādu instrumentu, piemēram, NASA Zemes riņķojošā Fermi gamma-staru kosmiskā teleskopa un galvenā atmosfēras gamma attēlojuma Čerenkova teleskopa (MAGIC) Kanāriju salās veiktie novērojumi atklāja spēcīgu gamma staru gaismas pārrāvumu, kas uzliesmo no TXS 0506 + 056. [Gamma-Ray Universe: NASA Fermi kosmiskā teleskopa fotoattēli]
IceCube komanda arī izpētīja savus arhīva datus un atrada vairāk nekā duci citu kosmisko neitrīnu, kas, šķiet, nāca no tā paša blazāra. Šīs papildu daļiņas detektori uztvēra no 2014. gada beigām līdz 2015. gada sākumam.
"Visi gabali sader kopā," paziņojumā sacīja vecākais IceCube zinātnieks un UW-Madison fizikas profesors Albrehts Karle. "Neitrīno uzliesmojums mūsu arhīva datos kļuva par neatkarīgu apstiprinājumu. Kopā ar novērojumiem no citām observatorijām ir pārliecinoši pierādījumi, ka šis blazārs ir ārkārtīgi enerģētisku neitrīno un tādējādi augstas enerģijas kosmisko staru avots."
Par atradumiem ziņots divos jaunos pētījumos, kas šodien (12. jūlijā) tiešsaistē publicēti žurnālā Science. Jūs varat tos atrast šeit un šeit.
Multimessenger astrofizika pieaug
Blazāri ir īpaša veida ultraluminous aktīvās galaktikas, kas izpūš gaismas un daļiņu dvīņu strūklas, no kurām viena ir paredzēta tieši Zemei. (Daļēji tas ir iemesls, kāpēc blazaras mums šķiet tik spilgtas - jo mēs esam reaktīvās uguns līnijas.)
Astronomi ir identificējuši vairākus tūkstošus melodiju visā Visumā, no kuriem vēl nevienam nav atklāts, ka pie mums slīd neitrīni, piemēram, TXS 0506 + 056.
"Šajā avotā ir kaut kas īpašs, un mums ir jāizdomā, kas tas ir," Space.com pastāstīja Halzen.
Tas ir tikai viens no daudzajiem jaunajiem rezultātiem izvirzītajiem jautājumiem. Piemēram, Halzena vēlētos uzzināt arī paātrinājuma mehānismu: Kā tieši blazāri iegūst neitrīnus un kosmiskos starus līdz tik milzīgam ātrumam?
Halzens izteica optimismu par atbilžu sniegšanu uz šādiem jautājumiem salīdzinoši tuvā nākotnē, atsaucoties uz divu jauno pētījumu displejā parādīto "multimessenger astrofizikas" spēku - vismaz divu dažādu signālu veidu izmantošanu kosmosa pratināšanai.
Neitrīno atklājums stingri seko cita multimēdiju orientiera papēžiem: 2017. gada oktobrī pētnieki paziņoja, ka viņi ir analizējuši divu superdense neitronu zvaigžņu sadursmi, novērojot gan elektromagnētisko starojumu, gan gravitācijas viļņus, ko izstaro dramatiskā notikuma laikā.
"Te ir klāt multimediju astrofizikas laikmets," tajā pašā paziņojumā sacīja NSF direktore Francija Kordova. "Katrs kurjers - no elektromagnētiskā starojuma, gravitācijas viļņiem un tagad neitrīniem - dod mums pilnīgāku izpratni par Visumu un svarīgu jaunu ieskatu visspēcīgākajos objektos un notikumos debesīs."
