Dlaczego 4-Miliardowa Cząstka, Która Uderzyła W Antarktydę, Jest Tak Wielkim Wydarzeniem

{h1}

Międzynarodowy zespół astronomów wskazał supermasywną czarną dziurę w centrum odległej galaktyki jako pierwsze znane źródło cząstek-widm.

Pojedyncze, wysokoenergetyczne neutrino uderzyło w Ziemię 22 września 2017 r. Pochodziło z odległej galaktyki, owiniętej wokół supermasywnej czarnej dziury. Zaczynając od hitu opublikowanego dzisiaj (12 lipca) w czasopiśmie Science i podpisanego przez setki naukowców w dziesiątkach laboratoriów, wiodący zawrotni astrofizyki przepisują swoje modele wszechświata.

To dlatego, że po raz pierwszy to wysokoenergetyczne neutrino, upiorna cząsteczka, która ledwo wchodzi w interakcje z inną materią, pozostawiła wystarczająco dużo wskazówek, aby mogli dowiedzieć się, skąd ona pochodzi.

Przez 4 miliardy lat neutrino unosiło się w przestrzeni bez zakłóceń. Mogło minąć gwiazdy, kawałki skały lub inne galaktyki. Mógł nawet przez nie przejść; neutrina mogą zwykle przepływać przez materię bez pozostawiania śladów. Tak więc przez większość czasu pojawienie się życia na Ziemi wymagało stworzenia bakterii, grzybów, roślin i zwierząt, a jedno z tych zwierząt (nas) odkryło ich istnienie, neutrino podróżowało bez zakłóceń. [18 największych nierozwiązanych tajemnic w fizyce]

Następnie rozbił się w atom w bloku lodu na Antarktydzie, splunął inną wysokoenergetyczną cząsteczkę zwaną mionem do obserwatorium IceCube Neutrino, masywnego detektora cząstek zakopanego pod lodem antarktycznym i zniknął na zawsze.

Cienki strumień wysokoenergetycznych neutrin z głębi kosmosu nieustannie uderza w Ziemię. Ale zderzenie neutrin było wyjątkowe: naukowcy byli na to gotowi. Lata udoskonalania instrumentów przygotowały ich do dostrzeżenia neutrino, szybkiego ustalenia, z której części nieba pochodzi, a następnie skierowania teleskopów z całego świata na ten skrawek nieba. Nie po raz pierwszy tego próbowali, ale tym razem zadziałało: Kosmiczny Teleskop Fermi Gamma - a następnie dziesiątki innych obserwatoriów na całym świecie - wychwycił słaby sygnał macierzystej galaktyki neutrina - określany jako „blazar” dzięki blaskowi energii elektromagnetycznej wystrzeliwującej w kierunku Ziemi - płonącej.

Naukowcy doszli do wniosku, że w kosmosie jest blazar, część najjaśniejszej rodziny obiektów we wszechświecie: galaktyki z supermasywnymi silnikami czarnej dziury wystrzeliwującymi wiązki energii w kierunku Ziemi. I ten blazar przyspiesza neutrina do ogromnych energii i rzuca je na naszą planetę.

Kosmiczny projekt detektywistyczny

Według Dereka Foxa, astrofizyka z Uniwersytetu Stanowego Pensylwanii, którego odnalezienie źródła kosmicznych neutrin w ogóle nie byłoby możliwe bez IceCube, zespół prowadził istotną część badań. [Zdjęcia IceCube: Laboratorium Fizyki Pochowane Pod Lodem Antarktycznym]

Zdecydowana większość neutrin przepływających codziennie przez nasze ciała, jak powiedział Fox WordsSideKick.com, tworzą się w ziemskiej atmosferze - produkty zderzeń gazu z innymi wysokoenergetycznymi cząsteczkami kosmicznymi. Powiedział, że nawet te kilka instrumentów na całym świecie, które są wystarczająco czułe, aby wykryć neutrina, są mniej lub bardziej zaślepione na znacznie rzadsze neutriny kosmiczne z powodu „mgły” lokalnych neutrin przesłaniających widok.

Ale w 2013 roku IceCube przebiła tę mgłę. Obserwatorium stało się na tyle czułe, aby odsunąć kosmiczne neutrina o wyższej energii z promieniowania tła ich kuzynów atmosferycznych o niższej energii. Artykuł informujący, że odkrycie w nauce w 2013 r. Było ogromnym wynikiem dla nauki o neutrinach - pierwszy bezpośredni dowód na istnienie neutrin, które powstały tak daleko.

Laboratorium IceCube na Antarktydzie, otoczone Drogą Mleczną i zorzą polarną na horyzoncie. Zdjęcie wykonane w maju 2017 r.

Laboratorium IceCube na Antarktydzie, otoczone Drogą Mleczną i zorzą polarną na horyzoncie. Zdjęcie wykonane w maju 2017 r.

Źródło: Martin Wolf / IceCube / NSF

Kolejnym ważnym krokiem, według Reginy Caputo, astrofizyki cząstek z University of Maryland, który kierował zespołem teleskopu Fermi, który pierwszy zauważył płonący blazar na ścieżce neutrina, było wymyślenie, jak najskuteczniej wykorzystać te dane neutrino do polowania na źródła cząstek. [Dziwne kwarki i miony: najdrobniejsze cząsteczki natury wyprawione (plansza)]

Właśnie tam wszedł zespół Foxa. Azadeh Keivani, astrofizyk, który był wówczas doktorem habilitowanym pracującym w laboratorium Foxa, a teraz jest pracownikiem Columbia University, powiedział, że IceCube zbyt długo szukał kosmicznych neutrin, aby informacja była łatwa nadający się do użytku.

„Najszybciej jak to możliwe, zajęłoby to kilka godzin, a my skróciliśmy to do mniej niż minuty”, powiedział Keivani WordsSideKick.com.

Przy tej prędkości IceCube może ostrzegać obserwatoria na całym świecie w kilka chwil po ciekawym wykryciu, powiedziała. IceCube mógł już wystarczająco dokładnie podążać ścieżką neutrina (badając emitowany mion), aby zawęzić jego źródło do skrawka nieba około dwa razy szerszego niż księżyc w pełni. Szybkie uzyskanie tych informacji pozwoliło całej baterii najbardziej wrażliwych teleskopów na świecie przeskanować tę przestrzeń - według Caputo - nadal bardzo szeroki obszar poszukiwań pod względem astronomicznym - w celu uzyskania wskazówek, skąd pochodzi.

Wykrywanie

Kiedy neutrino, teraz o nazwie IceCube-170922A, uderzyło w detektor, Darren Grant siedział w swoim biurze na uniwersytecie w Albercie. Rzecznik i astrofizyk IceCube powiedział, że było to godne uwagi - wystarczająco interesujące, aby porozmawiać z kolegą na korytarzu - ale nie szokujące.

„IceCube wykrywa neutrina [przy tym poziomie energii] mniej więcej raz w miesiącu”, powiedział Grant dla WordsSideKick.com. „Staje się to rutyną”.

Fox powiedział, że jedenaście innych neutrin na tym poziomie energii uderzyło wcześniej w detektor, odkąd rozpoczęła się współpraca z innymi teleskopami, i żadne nie zostało jeszcze przypisane do źródła.

Powiadomienie zniknęło, obserwatoria na całym świecie wycelowały swoje teleskopy w skrawek nieba, z którego pochodzi, a potem, jak powiedział Fox, nic się nie wydarzyło… przez kilka dni.

„Nie wydawało się, żeby na niebie było coś niezwykłego” - powiedział. Astronomowie zauważyli blazara, ale nie wyskoczyło to na nich jako prawdopodobne źródło. „Dla nas w tym momencie było to po prostu neutrino numer 12 i umieściliśmy je na liście [i ruszyliśmy dalej]”.

Ale kilka dni później naukowcy z Fermi wysłali ostrzeżenie: ten blazar płonął. Teleskop promieniowania gamma zauważył, że emituje osiem razy więcej promieni gamma niż zwykle, najjaśniejszy z dotychczasowych. Coś - naukowcy nie wiedzą dokładnie, co - spowodowało, że galaktyka wyemitowała strumień superszybkich fotonów gamma o wysokiej energii. Ten sam proces mógł emitować neutrino.

„Sztuczka z blazarami polega na tym, że tylko dlatego, że rozbłyskuje na jednej długości fali, nie oznacza, że ​​rozbłyskuje na innej długości fali”, powiedział Caputo.

Fermi, bardzo szerokokątne obserwatorium wrażliwe na kluczową część spektrum promieniowania gamma, było dobrze dostrojone do promieniowania gamma pochodzącego z blazara i zauważyło, że płonie już w kwietniu. A kiedy już dostrzegł to prawdopodobne źródło - które tego dnia nie wyskoczyło do innych teleskopów, ponieważ nie były tak wrażliwe na ten obszar widma - inne teleskopy mogły śledzić blazar jako prawdopodobne źródło neutrin.

„Mogliśmy powiedzieć:„ Och, prawdopodobnie pochodzi od tego blazara ”. Wtedy wszystkie pozostałe teleskopy mogłyby naprawdę wylądować i wskazać to konkretne źródło, ”powiedział Caputo.

Powiedziała, że ​​inne obserwatorium promieniowania gamma, MAGIC na Wyspach Kanaryjskich u zachodniego wybrzeża Afryki, dokonało dalszych obserwacji, które pomogły potwierdzić ten blazar, TXS 0506 + 056, jako źródło neutrina. Wiele innych obserwatoriów ostatecznie uzyskało podobne wyniki. Po raz pierwszy astrofizycy zidentyfikowali źródło kosmicznego neutrina. Później badacze analizujący stare dane wykazali, że kilka innych neutrin wykrytych w poprzednich dziewięciu i pół roku w IceCube prawdopodobnie pochodzi z tego samego blazara. Ten wynik został również opublikowany dzisiaj (12 lipca) w czasopiśmie Science.

Co to znaczy

Chociaż zarówno Caputo, jak i Fox powiedzieli, że podejrzewali, że blazary są zaangażowane w kosmiczne neutrina, a pomysł był popularny przez wiele lat (Fox wskazał na artykuł opublikowany w czasopiśmie arXiv w 2001 r. Spekulując, że ten właśnie blazar może być źródłem neutrin) spadło z łaski. Naukowcy zaczęli się martwić, powiedział Fox, że po prostu na niebie nie ma wystarczającej liczby blazarów, aby uwzględnić wszystkie różne kierunki kosmicznych neutrin.

Ten wynik jest „pierwszym krokiem” i „dowodem koncepcji”, powiedział Grant, pokazując najpierw, że przynajmniej niektóre neutrina pochodzą od blazarów.

Jednak, powiedział Caputo, badacze wciąż nie wiedzą, jak blazar wytwarza neutrina. (Chociaż są też dokumenty towarzyszące, które zaczynają opracowywać fizykę.) Istnieją też inne rodzaje źródeł neutrin, które naukowcy jeszcze nie wykryli. Grant powiedział, że naukowcy przekroczyli próg precyzyjnej astronomii neutrino. Ale trzeba się wiele nauczyć.

Pierwotnie opublikowany w dniu Nauka na żywo.


Suplement Wideo: .




Badania


Oczekuje Się, Że Chińska Stacja Kosmiczna Gwałtownie Spadnie W Ciągu Kilku Następnych Godzin
Oczekuje Się, Że Chińska Stacja Kosmiczna Gwałtownie Spadnie W Ciągu Kilku Następnych Godzin

Wulkan Chiński Pokazuje Oznaki Niepokoju
Wulkan Chiński Pokazuje Oznaki Niepokoju

Science News


Canker Sores: Przyczyny I Leczenie
Canker Sores: Przyczyny I Leczenie

Obracanie Kijanki Przeciw Kijance W Walce Z Toksyczną Ropuchą
Obracanie Kijanki Przeciw Kijance W Walce Z Toksyczną Ropuchą

Celiakia I Anoreksja Mogą Być Powiązane U Kobiet
Celiakia I Anoreksja Mogą Być Powiązane U Kobiet

Dlaczego „Główny Południk Świata” Przesunął Setki Stóp
Dlaczego „Główny Południk Świata” Przesunął Setki Stóp

Ewolucja Galaktyki Drogi Mlecznej Odkryta Przez Kosmiczny Teleskop Hubble'A
Ewolucja Galaktyki Drogi Mlecznej Odkryta Przez Kosmiczny Teleskop Hubble'A


PL.WordsSideKick.com
Wszelkie Prawa Zastrzeżone!
Kopiowanie Jakichkolwiek Materiałów Pozostawiono Tylko Prostanovkoy Aktywny Link Do Strony PL.WordsSideKick.com

© 2005–2020 PL.WordsSideKick.com