Umělecká ilustrace blazaru, jako je ten, který nedávno zjistil, že urychluje neutrina a kosmické paprsky na obrovské rychlosti. Supermasivní černá díra ve středu akrečního disku vysílá úzký vysokoenergetický paprsek hmoty do prostoru, kolmý na disk.
(Obrázek: © DESY, Science Communication Lab)
Astronomové poprvé vystopovali vysokoenergetické neutrino ke svému kosmickému zdroji vůbec poprvé a v tomto procesu vyřešili staleté tajemství.
Neutrina jsou téměř bezmasé subatomické částice, které nemají elektrický náboj, a proto zřídka interagují s okolím. Opravdu, biliony těchto „duchových částic“ proudí vaším tělem bez povšimnutí a bez překážek každou sekundu.
Většina z těchto neutrin přichází ze slunce. Ale malé procento, které se může pochlubit extrémně vysokými energiemi, vyletělo na náš krk lesa z velmi hlubokého vesmíru. Inherentní nepolapitelnost neutrinů bránila astronomům v tom, aby omezili původ takových kosmických poutníků - až dosud. [Trasování neutrina k jeho zdroji: Objev v obrazech]
Pozorování observatoře IceCube Neutrino na jižním pólu a řada dalších nástrojů umožnilo vědcům sledovat jednu kosmickou neutrinu až do vzdáleného blazaru, obrovskou eliptickou galaxii s rychle se otáčející supermasivní černou dírou v srdci.
A je toho víc. Kosmické neutriny jdou ruku v ruce s kosmickými paprsky, vysoce energetickými nabitými částicemi, které nepřetržitě bouchnou na naši planetu. Takže nové nalezené kolíčky vyzařují jako urychlovače alespoň některých z nejrychleji se pohybujících kosmických paprsků.
Astronomové o tom přemýšleli, protože kosmické paprsky byly poprvé objeveny již v roce 1912. Byly však zmařeny povahou nabitých částic, která diktuje, že kosmické paprsky jsou tahány tímto způsobem a to různými objekty, když se přibližují vesmírem. Úspěch nakonec přišel s použitím přímočaré cesty duchové částice spolucestujících.
"Hledali jsme zdroje kosmického záření více než století a konečně jsme našli jeden," řekl Space Space Francis Halzen, vedoucí vědec na observatoři IceCube Neutrino a profesor fyziky na University of Wisconsin-Madison. com. [Wacky Physics: Nejchladnější malé částice v přírodě]
Týmové úsilí
IceCube, který je spravován americkou National Science Foundation (NSF), je oddaný lovec neutrin. Zařízení se skládá z 86 kabelů, které zapadají do vrtů, které sahají asi 1,5 km (2,5 km) do antarktického ledu. Každý kabel zase obsahuje 60 digitálních optických modulů basketbalu, které jsou vybaveny citlivými detektory světla.
Tyto detektory jsou navrženy tak, aby zachytily charakteristické modré světlo emitované poté, co neutrino interaguje s atomovým jádrem. (Toto světlo je svrženo sekundární částicí vytvořenou interakcí. A v případě, že by vás zajímalo: Všechno, co překrývající led brání částicím jiným než neutrinům dosáhnout detektorů a znečišťovat data.) Toto jsou vzácné události; IceCube zaznamenává ročně jen několik stovek neutrin, řekl Halzen.
Zařízení již významně přispělo k astronomii. Například v roce 2013 provedla společnost IceCube vůbec první potvrzenou detekci neutrin z mimo galaxii Mléčná dráha. Vědci nebyli schopni v té době zachytit zdroj těchto vysokoenergetických částic duchů.
Dne 22. září 2017 však IceCube vyzvedl další kosmické neutrino. Bylo to nesmírně energetické, nabíjelo asi 300 teraelektronových voltů - téměř 50krát větší než energie protonů, které se pohybují přes nejsilnější částicový urychlovač Země, Velký Hadron Collider.
Během 1 minuty od detekce zařízení rozeslalo automatické upozornění, upozornilo ostatní astronomy na nalezení a předání souřadnic na záblesk oblohy, který, jak se zdálo, uložil zdroj částice.
Komunita odpověděla: Téměř 20 dalekohledů na zemi i ve vesmíru prozkoumávalo, že záplava přes elektromagnetické spektrum, od nízkoenergetických rádiových vln po vysoce energetické gama paprsky. Kombinovaná pozorování sledovala původ neutrinů k již známému blazaru nazvanému TXS 0506 + 056, který leží asi 4 miliardy světelných let od Země.
Například následná pozorování několika různých přístrojů - včetně kosmického dalekohledu Fermi gama-paprsku NASA na Zemi a velkého atmosférického gama zobrazování Cherenkovův dalekohled (MAGIC) na Kanárských ostrovech - odhalila silný výbuch paprsků gama paprsků z Kanárských ostrovů TXS 0506 + 056. [Gama-Ray Universe: Fotografie od NASA Fermi Space Telescope]
Tým IceCube také prošel jeho archivními údaji a našel více než tucet dalších kosmických neutrin, která vypadala, že pocházejí ze stejného blazaru. Tyto další částice zachytily detektory od konce roku 2014 do začátku roku 2015.
"Všechny kousky spolu zapadají," uvedl Albrecht Karle, vedoucí vědec IceCube a profesor fyziky UW-Madison. „Neutrinová záře v našich archivních datech se stala nezávislým potvrzením. Spolu s pozorováními z ostatních observatoří je přesvědčivým důkazem toho, že tento lupič je zdrojem extrémně energetických neutrin, a tedy vysoce energetických kosmických paprsků.“
Výsledky jsou uvedeny ve dvou nových studiích zveřejněných online dnes (12. července) v časopise Science. Najdete je zde a zde.
Multimessenger astrofyzika na vzestupu
Blazars jsou speciální typ superluminózní aktivní galaxie, která vystřelí dvojité paprsky světla a částic, z nichž jedna je zaměřena přímo na Zemi. (To je zčásti důvod, proč se nám lupy zdá být tak jasné - protože jsme v linii proudového ohně.)
Astronomové identifikovali několik tisíc blazarů po celém vesmíru, z nichž žádný nebyl dosud nalezen jako vázající neutrina na nás, jako je TXS 0506 + 056.
„Na tomto zdroji je něco zvláštního a musíme zjistit, co to je,“ řekl Halzen Space.com.
To je jen jedna z mnoha otázek vyvolaných novými výsledky. Například, Halzen by také chtěl znát mechanismus zrychlení: Jak přesně dokážou blazary neutrin a kosmické paprsky dosahovat až k tak obrovským rychlostem?
Halzen vyjádřil optimismus ohledně zodpovězení takových otázek v relativně blízké budoucnosti a citoval sílu „multimessenger astrofyziky“ - použití alespoň dvou různých typů signálů k výslechu vesmíru - na displeji ve dvou nových studiích.
Objev neutrinů úzce sleduje paty další meziměstské mezník: V říjnu 2017 vědci oznámili, že analyzovali kolizi mezi dvěma neutronovými hvězdami superdense pozorováním elektromagnetického záření a gravitačních vln emitovaných během dramatické události.
„Éra multimessenger astrofyziky je tady,“ řekla ředitelka NSF France Cordova ve stejném prohlášení. „Každý posel - z elektromagnetického záření, gravitačních vln a nyní neutrin - nám dává úplnější pochopení vesmíru a důležité nové poznatky o nejmocnějších objektech a událostech na obloze.“
