Antžemyje esantis „IceCube“ eksperimento objektas, esantis Antarktidoje beveik po 1 mylios (1,6 km) ledo. „IceCube“ teigia, kad vaiduokliškų neutrinų nėra, tačiau naujame eksperimente teigiama.
(Vaizdas: © „IceCube Neutrino“ observatorijos sutikimas)
Lediniame Antarktidos dykumoje yra masyvus dalelių detektorius - „IceCube Neutrino“ observatorija. Bet ieškoti prietaiso paviršiaus bus sunku, nes didžioji dalis observatorijos yra įstrigusi po ledu. Tarptautinė observatorija medžiojo neutrinus - be masės be krūvio daleles, kurios beveik niekada nesąveikauja su medžiaga. Dabar jos pastebėjimai gali išspręsti vieną didžiausių astronomijos paslapčių, atsakydami į klausimus, susijusius su neutrinų ir kosminių spindulių kilme.
Didžiausias iš jų visas
„IceCube Neutrino“ observatorija užima vieną kubinį kilometrą netoli Pietų ašigalio. Priemonė užima kvadratinį kilometrą paviršiaus ir tęsiasi iki 1 500 metrų (4 920 pėdų) gylio. Tai yra pirmasis kada nors pastatytas gigatonų neutrinų detektorius.
„IceCube“ nuotraukose dažnai pavaizduotas ant snieguoto paviršiaus sėdintis pastatas, tačiau tikrasis darbas atliekamas žemiau. Į daugiafunkcį eksperimentą įeina paviršiaus masyvas „IceTop“ - 81 stočių, esančių virš stygų, masyvas. „IceTop“ veikia kaip „IceCube“ kalibravimo detektorius, taip pat nustato oro dušus nuo pirminių kosminių spindulių, jų srautą ir sudėtį.
Tankus vidinis poaibis „DeepCore“ yra „IceCube“ eksperimento jėga. Kiekviena „IceTop“ stotis yra sudaryta iš stygų, pritvirtintų prie skaitmeninių optinių modulių (DOM), kurie yra dislokuoti šešiakampiame tinklelyje, esančiame vienas nuo kito 410 pėdų (125 metrų) atstumu. Kiekvienoje stygoje yra 60 krepšinio dydžio DOM. „IceCube“ čia, giliai ledo viduje, gali medžioti iš saulės, iš Paukščių Tako ir iš galaktikos kylančius neutrinus. Šios vaiduokliškos dalelės yra sujungtos su kosminiais spinduliais, tai yra didžiausios kada nors matytos energijos dalelės.
[Susiję: Neutrino atsekimas iki jo šaltinio: atradimas paveikslėliuose]
Paslaptingos dalelės
Kosminiai spinduliai pirmą kartą buvo aptikti 1912 m. Galingi radiacijos pliūpsniai nuolat susiduria su Žeme, tekėdami iš visų galaktikos dalių. Mokslininkai apskaičiavo, kad įkrautos dalelės turi susiformuoti kai kuriuose iš žiauriausių ir mažiausiai suprantamų objektų ir įvykių visatoje. Sprogstamoji žvaigždės, supernovos, žūtis žvaigždėse yra vienas iš kosminių spindulių kūrimo būdų; kitos aktyviosios juodosios skylės galaktikų centre.
Kadangi kosminius spindulius sudaro įkrautos dalelės, tačiau jie sąveikauja su žvaigždžių ir kitų pro jas praeinančių objektų magnetiniais laukais. Laukai deformuojasi ir pasuka kosminių spindulių kelią, todėl mokslininkams neįmanoma atsekti jų iki jų ištakų.
Štai kur atsiranda neutrinai. Manoma, kad, kaip ir kosminiai spinduliai, mažos masės dalelės susidaro per prievartą. Kadangi neutrinai neturi krūvio, jie praeina pro magnetinius laukus nekeisdami savo kelio, eidami tiesia linija nuo savo šaltinio.
„Dėl šios priežasties kosminių spindulių šaltinių paieška taip pat tapo labai didelės energijos neutrinų paieška“, - rašoma „IceCube“ tinklalapyje.
Tačiau tos pačios savybės, dėl kurių neutrinai tampa tokiais gerais pasiuntiniais, taip pat reiškia, kad juos sunku aptikti. Kiekvieną sekundę maždaug vienas milijardas colio jūsų kūno praeina maždaug 100 milijardų neutrinų. Daugelis jų yra iš saulės spindulių ir nėra pakankamai energingi, kad juos galėtų atpažinti „IceCube“, tačiau kai kurie greičiausiai buvo gaminami už Paukščių Tako ribų.
Taškant neutrinus reikia naudoti labai aiškią medžiagą, tokią kaip vanduo ar ledas. Kai vienas neutrinas sugenda į protoną arba neutroną atomo viduje, susidaranti branduolinė reakcija sukuria antrines daleles, išskiriančias mėlyną šviesą, vadinamą Cherenkovo spinduliuote.
„Mūsų aptikti neutrinai yra tarsi pirštų atspaudai, kurie padeda mums suprasti objektus ir reiškinius, kur gaminami neutrinai“, - teigia „IceCube“ komanda.
Atšiaurios sąlygos
Pietų ašigalis gali būti ne kosminė erdvė, tačiau tai kelia savų iššūkių. Inžinieriai pradėjo statyti „IceCube“ 2004 m. - septynerių metų projektą, kuris buvo baigtas planuoti 2010 m. Statyba galėjo vykti tik keletą mėnesių kiekvienais metais per pietų pusrutulio vasarą, kuri vyksta nuo lapkričio iki vasario.
Norint išgręžti 86 skyles, reikėjo specialaus tipo gręžimo - iš tikrųjų jų buvo du. Pirmasis pasistūmė per eglę - sutankinto sniego sluoksnis, iki 504 metrų atstumo. Tada aukšto slėgio karšto vandens grąžtas per ledą ištirpo maždaug 2 metrų (6,5 pėdų) per minutę greičiu iki 2450 metrų (8,038 pėdų arba 1,5 mylios) gylio.
„Kartu du gręžėjai sugebėjo nuosekliai pagaminti beveik tobulas vertikalias skylutes, paruoštas prietaisų dislokavimui, atliekant vieną skylę kas dvi dienas“, - teigia „IceCube“ atstovas.
Tada stygos turėjo būti greitai įmerktos į ištirpintą vandenį, kol ledas neužšąla. Užšalimas užtruko kelias savaites, po to instrumentai liko neliečiami, visam laikui užšalę lede ir jų nepavyko pataisyti. Prietaisų gedimų procentas buvo labai lėtas - šiuo metu neveikia mažiau nei 100 iš 5500 jutiklių.
„IceCube“ pradėjo stebėti nuo pat pradžių, net kai buvo dislokuotos kitos stygos.
Kai pirmasis projektas prasidėjo, tyrinėtojams nebuvo aišku, kaip toli ledo šviesa sklis per ledus, teigia Halzenas. Turėdami šią informaciją gerai žinomą, bendradarbiaujame su „IceCube-Gen2“. Patobulinta observatorija pridėtų dar maždaug 80 detektorių stygų, o ledo savybių supratimas leis tyrinėtojams jutiklius išdėstyti plačiau nei jų pirminiai konservatyvūs vertinimai. „IceCube-Gen2“ turėtų padvigubinti observatorijos dydį už maždaug tokias pačias išlaidas.
Neįtikėtinas mokslas
„IceCube“ pradėjo medžioti neutrinus dar nepasibaigus šiam tikslui. Tuo metu kelyje atsirado keli intriguojantys moksliniai rezultatai.
Nuo 2010 m. Gegužės mėn. Iki 2012 m. Gegužės mėn. „IceCube“ pastebėjo 28 labai daug energijos turinčias daleles. Halzenas detektoriaus sugebėjimą stebėti šiuos ekstremalius įvykius priskyrė detektoriaus užbaigimui.
„Tai yra pirmasis požymis, kad iš mūsų saulės sistemos iš išorės ateina labai didelės energijos neutrinai, kurių energija viršija milijoną kartų daugiau nei 1987 m., Stebint supernovą, matomą dideliame Magelano debesyje“, - sakoma Halzeno pranešime. "Džiugu, kad pagaliau pamatėme tai, ko ieškojome. Tai yra naujo astronomijos amžiaus aušra."
2012 m. Balandžio mėn. Po vaikų televizijos laidos „Sezamo gatvė“ personažų buvo aptikta pora didelės energijos neutrinų, pravarde Bertas ir Ernie. Kai energija buvo didesnė nei 1 petaelektronvoltas (PeV), pora buvo pirmieji galutinai aptikti neutrinai iš Saulės sistemos ribų nuo 1987 m. Supernovos.
„Tai yra didelis proveržis“, - teigė Erligeno-Niurnbergo universiteto (Vokietija) dalelių fizikas Uli Katzas, nedalyvavęs tyrime. „Aš manau, kad tai yra vienas iš absoliutinių atradimų astrodalelių fizikoje“, - Katz pasakojo Space.com.
Šie stebėjimai lėmė, kad „IceCube“ buvo apdovanotas „Fizikos pasaulio 2013 metų proveržiu“.
Kitas didelis pelnas įvyko 2012 m. Gruodžio 4 d., Kai observatorija aptiko įvykį, kurį mokslininkai vadino „Big Bird“, taip pat iš „Sezamo gatvės“. „Big Bird“ buvo neutrinas, kurio energija viršijo 2 kvadrilijonus elektronų voltų, daugiau nei milijoną milijonų kartų didesnė už dantų rentgeno spindulių energiją, supakuotą į vieną dalelę, turinčią mažiau nei milijonąją elektrono masės dalį. Tuo metu tai buvo didžiausias kada nors aptiktas neutrinas; nuo 2018 m. ji vis dar užima antrą vietą.
Padedami NASA Fermi gama spinduliuotės teleskopo, mokslininkai pririšo „Big Bird“ prie labai energingo blazaro, žinomo kaip PKS B1424-418, protrūkio. „Blazars“ maitina didžiulės juodosios skylės galaktikos centre. Kai juodoji skylė sustumia medžiagą, dalis šios medžiagos yra nukreipiama į purkštukus, kurių energija viršija žvaigždes galaktikoje. Purkštukai greitina materiją, sukurdami neutrinus ir atomų fragmentus, kurie sukuria tam tikrus kosminius spindulius.
Nuo 2012 m. Vasaros blazaros gama spinduliai spindėjo nuo 15 iki 30 kartų ryškiau, nei buvo vidutiniškai prieš išsiveržimą. Ilgalaikė stebėjimo programa, pavadinta TANAMI, kuri reguliariai stebėjo beveik 100 aktyvių galaktikų pietiniame danguje, atskleidė, kad galaktikos reaktyvo branduolys nuo 2011 iki 2013 m. Pašvietė keturis kartus.
„Nė viename iš mūsų galaktikų, kuriuos TANAMI stebėjo per visą programos gyvavimo laiką, nebuvo tokio dramatiško pokyčio“, - 2016 m. Pranešime teigė Eduardo Rosas iš Makso Plancko radijo astronomijos instituto (MPIfR) Vokietijoje. Komanda paskaičiavo, kad abu įvykiai buvo susieti.
"Atsižvelgiant į visus pastebėjimus, atrodo, kad blazarietis turėjo priemonių, motyvų ir galimybių iššauti didžiojo paukščio neutriną, todėl jis yra pagrindinis įtariamasis", - sakė Matthiasas Kadleris, Würzburgo universiteto astrofizikos profesorius. Vokietija “.
2018 m. Liepos mėn. „IceCube“ paskelbė, kad pirmą kartą stebėjo neutrinus iki jų šaltinio blazaro. 2017 m. Rugsėjo mėn. Dėka naujai įdiegtos įspėjimo sistemos, kuri per keletą minučių transliuojama viso pasaulio mokslininkams po to, kai buvo aptiktas stiprus neutrinų kandidatas, tyrėjai sugebėjo greitai pasukti savo teleskopus ta linkme, kuria atsirado naujas signalas. „Fermi“ perspėjo tyrėjus, kad toje pačioje dangaus dalyje yra aktyvusis blazaris, žinomas kaip TXS-0506 + 056. Nauji stebėjimai patvirtino, kad blazar liepsnojo ir skleidė ryškesnius nei įprasta energijos pliūpsnius.
Daugeliu atvejų TXS yra tipiškas blazaris; Tai vienas iš 100 ryškiausių „Fermi“ aptiktų blizgių. Vis dėlto, nors kiti 99 taip pat yra ryškūs, jie nenuleido neutrinų link „IceCube“. Pastaraisiais mėnesiais TXS švytėjo, šviesėjo ir pritemdė šimtą kartų stipresnį nei ankstesniais metais.
„Stebėdami„ IceCube “aptiktą didelės energijos neutriną atgal į TXS 0506 + 056, tai yra pirmasis kartas, kai mums pavyko identifikuoti konkretų objektą kaip tikėtiną tokio didelės energijos neutrino šaltinį“, - sako Gregory Sivakoffas iš universiteto. iš Albertos Kanadoje, sakoma pranešime.
„IceCube“ dar nėra baigtas. Naujoji perspėjimo sistema padės ateinančiais metais astronomams ant kojų pirštų traukti. Planuojamas observatorijos gyvavimo laikas yra 20 metų, taigi iš Pietų ašigalio observatorijos ateis dar bent vienas neįtikėtinų atradimų dešimtmetis.
