IceCube-neutrino-analyse verbindt mogelijke galactische bron van kosmische straling

Sinds de Franse natuurkundige Pierre Auger voorstelde: in 1939 wie welke kosmische stralen Ze moeten enorme hoeveelheden energie vervoeren, en wetenschappers hebben zich afgevraagd wat deze krachtige clusters van protonen en neutronen zou kunnen produceren die op de atmosfeer van de aarde neerregenen. Een mogelijke manier om dergelijke bronnen te identificeren, is door de paden ongedaan te maken die hoge-energetische kosmische neutrino’s op hun weg naar de aarde nemen, omdat ze ontstaan ​​​​door kosmische straling die in botsing komt met materie of straling, wat resulteert in deeltjes die vervolgens vervallen in neutrino’s en gammastralen.

Wetenschappers met ijsblokje Het Antarctic Neutrino Observatory heeft nu een decennium van deze neutrino-ontdekkingen geanalyseerd en bewijs gevonden dat een actief sterrenstelsel genaamd Messier 77 (ook bekend als de Squid Galaxy) is een sterke kandidaat voor een enkele hoogenergetische neutrino-emitter, volgens een nieuw papier Gepubliceerd in het tijdschrift Science. Het brengt astrofysici een stap dichter bij het oplossen van het mysterie van de oorsprong van hoogenergetische kosmische straling.

“Deze waarneming vertegenwoordigt het begin van het vermogen om daadwerkelijk neutrino-astronomie te doen,” Janet Conrad, een IceCube-lid van MIT APS-fysica. “We hebben lang geworsteld om potentiële kosmische neutrinobronnen van zeer groot belang te zien en nu hebben we er een gezien. We hebben een barrière doorbroken.”

als zodanig Laat het ons eerder wetenEn de neutrino’s Reis met de snelheid van het licht. John Updike’s gedicht uit 1959, “Kosmische gal“prijst de twee meest bepalende kenmerken van neutrino’s: ze hebben geen lading, en decennialang dachten natuurkundigen dat ze geen massa hadden (ze hebben eigenlijk heel weinig massa). Neutrino’s zijn de meest voorkomende subatomaire deeltjes in het universum, maar ze hebben zelden interactie met elk soort A-materiaal. We worden elke seconde voortdurend gebombardeerd door miljoenen van deze kleine deeltjes, maar ze gaan dwars door ons heen zonder dat we ze opmerken. Daarom noemde Isaac Asimov ze “spookdeeltjes”.

Deze lage reactiesnelheid maakt neutrino’s Het is erg moeilijk te detecteren, maar omdat het zo licht is, kan het ongehinderd (en dus grotendeels ongewijzigd) ontsnappen door in botsing te komen met andere materiedeeltjes. Dit betekent dat ze astronomen waardevolle aanwijzingen kunnen geven over verre systemen, ondersteund door wat kan worden geleerd met telescopen over het elektromagnetische spectrum, evenals zwaartekrachtsgolven. Samen worden deze verschillende informatiebronnen “Multiple Messenger”-astronomie genoemd.

De meeste neutrino-jagers begraven hun experimenten diep in de aarde, en het is beter om luide interferentie van andere bronnen te annuleren. In het geval van de IceCube omvat de samenwerking arrays van optische sensoren ter grootte van een basketbal die diep in het ijs van Antarctica zijn begraven. In die zeldzame gevallen dat een voorbijgaand neutrino interageert met de kern van een atoom in het ijs, produceert de botsing geladen deeltjes die ultraviolet licht en blauwe fotonen uitstralen. Deze worden opgevangen door sensoren.

IceCube is dus goed gepositioneerd om wetenschappers te helpen hun kennis over de oorsprong van hoogenergetische kosmische straling te vergroten. Zoals Natalie Wolcoffer overtuigend Uitgelegd in Quanta anno 2021:

Een kosmische straal is slechts een atoomkern – een proton of een groep protonen en neutronen. Zeldzame kosmische straling die bekend staat als “ultra-energetische kosmische straling” hebben echter net zoveel energie als professioneel geserveerde tennisballen. Ze zijn miljoenen keren energieker dan de protonen die met 99,9999991% van de lichtsnelheid rond de cirkelvormige tunnel van de Large Hadron Collider in Europa cirkelen. In feite trof de meest energetische kosmische straal ooit ontdekt, een “oh mijn god”-deeltje genoemd, de lucht in 1991 met 99,99999999999999999999951 procent van de lichtsnelheid, waardoor hij de energie kreeg van een bowlingbal die van schouderhoogte naar teenhoogte viel .

Maar waar komen zulke krachtige kosmische stralen vandaan? Een van de sterke mogelijkheden Actieve galactische kernen (AGN’s), gevonden in het midden van sommige sterrenstelsels. Zijn energie is afkomstig van de superzware zwarte gaten in het centrum van de melkweg en/of van de rotatie van het zwarte gat.