Илюстрация на художник на блазар като този наскоро установено, че ускорява неутрино и космически лъчи до огромни скорости. Свръхмасивната черна дупка в центъра на диска за натрупване изпраща тясна високоенергийна струя материя в пространството, перпендикулярно на диска.
(Изображение: © DESY, Science Communication Lab)
Астрономите за първи път проследяват високоенергийно неутрино до неговия космически източник, разрешавайки вековна мистерия в процеса.
Неутрино са почти безмасова субатомни частици, които нямат електрически заряд и поради това рядко взаимодействат със своята среда. Всъщност трилиони от тези „призрачни частици“ преминават през тялото ви незабелязано и безпрепятствено всяка секунда.
Повечето от тези неутрино идват от слънцето. Но малък процент, който може да се похвали с изключително високи енергии, се разрази до шията на гората от много дълбоко пространство. Присъщата неуловимост на неутрино е попречила на астрономите да определят произхода на такива космически скитници - досега. [Проследяване на неутрино до източника му: откритието в снимки]
Наблюденията на Нейтрино обсерваторията IceCube на Южния полюс и множество други инструменти позволиха на изследователите да проследят едно космическо неутрино до далечен блазър - огромна елиптична галактика с бързо въртяща се супермасивна черна дупка в сърцето си.
И има още. Космическите неутрино вървят ръка за ръка с космически лъчи, високоенергийни заредени частици, които се блъскат в нашата планета непрекъснато. Така че, новата находка приковава блазари като ускорители на поне някои от най-бързо движещите се космически лъчи.
Астрономите са се чудили на това, тъй като космическите лъчи бяха открити за първи път, още през 1912 г. Но те бяха осуетени от заредената природа на частиците, която диктува, че космическите лъчи се придърпват по този начин и от различни предмети, докато те увеличават мащаба си в пространството. Успехът най-накрая дойде от използването на праволинейното пътуване на призрачна частица-призрак.
"Ние търсим източниците на космически лъчи повече от един век и най-накрая намерихме един", каза Франсис Халцен, водещ учен в обсерваторията на Icecube Neutrino и професор по физика в Университета на Уисконсин-Мадисън. МС. [Чална физика: Най-готините малки частици в природата]
Екипно усилие
IceCube, който се управлява от Националната научна фондация на САЩ (NSF), е всеотдаен ловец на неутрино. Съоръжението се състои от 86 кабела, които се сгушват в сондажи, които се простират на около 1,5 мили (2,5 километра) в леда на Антарктида. Всеки кабел от своя страна притежава 60 цифрови оптични модула с размер на баскетбол, които са снабдени с чувствителни детектори за светлина.
Тези детектори са проектирани да вземат характерната синя светлина, излъчвана след неутрино взаимодейства с атомно ядро. (Тази светлина се изхвърля от вторична частица, създадена при взаимодействието. И в случай, че се чудите: Целият този лед не позволява на частици, различни от неутрино, да стигнат до детекторите и да замърсят данните.) Това са редки събития; IceCube забелязва само няколкостотин неутрино годишно, каза Халцен.
Съоръжението вече има голям принос в астрономията. През 2013 г., например, IceCube направи първото потвърдено откриване на неутрино отвъд галактиката Млечен път. Тогава изследователите не успяха да намерят източника на тези високоенергийни призрачни частици.
На 22 септември 2017 г. обаче IceCube вдигна поредното космическо неутрино. Той беше изключително енергичен, като опаковаше около 300 тераелектрон волта - близо 50 пъти по-голяма от енергията на протоните, преминаващи през най-мощния ускорител на частици на Земята - Големия адронен колайдер.
В рамките на 1 минута след откриването, съоръжението изпрати автоматично известие, предупреди другите астрономи за находката и пренасочи координати към пластира на небето, който сякаш приюти източника на частицата.
Обществото отговори: Близо 20 телескопа на земята и в космоса разтърсиха този кръг по електромагнитния спектър, от нискоенергийните радио вълни до високоенергийните гама-лъчи. Комбинираните наблюдения проследяват произхода на неутрино до вече известен блазар, наречен TXS 0506 + 056, който се намира на около 4 милиарда светлинни години от Земята.
Например последващите наблюдения на няколко различни инструмента - включително космическия телескоп на Ферми Гама-лъчи на НАСА и основния Атмосферна гама изображения Черенков телескоп (MAGIC) на Канарските острови - разкриха мощен изблик на гама-светлина, изгаряща от TXS 0506 + 056. [Gamma-Ray Universe: Снимки от космическия телескоп Ферми на НАСА]
Екипът на IceCube също прегледа архивните си данни и откри повече от дузина други космически неутрино, които сякаш идват от същия блазар. Тези допълнителни частици бяха взети от детекторите от края на 2014 г. до началото на 2015 г.
"Всички парчета се вписват заедно", казва в съобщение Албрехт Карле, старши учен IceCube и професор по физика UW-Madison. "Неутринният пламък в нашите архивни данни стана независимо потвърждение. Заедно с наблюденията на другите обсерватории, това е убедително доказателство, че този блазар е източник на изключително енергийни неутрино и по този начин високоенергийни космически лъчи."
Откритията са докладвани в две нови проучвания, публикувани онлайн (12 юли) в списание Science. Можете да ги намерите тук и тук.
Мултисандър астрофизика в подем
Блазарите са специален тип свръхлюминова активна галактика, която взривява близнаци от светлина и частици, една от които е насочена директно към Земята. (Това отчасти затова блазарите ни се струват толкова ярки - защото сме в линията на реактивен огън.)
Астрономите са идентифицирали няколко хиляди блазари в цялата Вселена, като никой от тях все още не е открил, че разпръсква неутрино при нас като TXS 0506 + 056 е.
"Има нещо специално в този източник и трябва да разберем какво е", каза Халцен пред Space.com.
Това е само един от многото въпроси, повдигнати от новите резултати. Например, Халцен също би искал да знае механизма на ускорение: как точно, блазарите получават неутрино и космически лъчи до такава огромна скорост?
Халцен изрази оптимизъм относно отговора на подобни въпроси в сравнително близко бъдеще, позовавайки се на силата на „многостранен астрофизика“ - използването на поне два различни типа сигнали за разпит на Космоса - на показ в двете нови проучвания.
Откриването на неутрино следва отблизо по петите на друга многопосочна забележителност: През октомври 2017 г. изследователите обявиха, че са анализирали сблъсък между две свръх плътни неутронни звезди, като са наблюдавали както електромагнитното излъчване, така и гравитационните вълни, излъчени по време на драматичното събитие.
„Ерата на мултисайдерската астрофизика е тук“, каза директорът на НФС Франция Кордова в същото изявление. "Всеки пратеник - от електромагнитното излъчване, гравитационните вълни и сега неутрино - ни дава по-пълно разбиране на Вселената и важни нови прозрения за най-мощните обекти и събития в небето."
