Neutrina przybywające na naszą planetę pochodzą z głębi wszechświata z blazarów. Zespół astrofizyków zademonstrował to po raz pierwszy. Komunikat prasowy Uniwersytetu w Würzburgu.

Źródło: Uniwersytet w Würzburgu 14 lipca 2022 r.

14 lipca 2022 – ziemska atmosfera jest nieustannie bombardowana przez promieniowanie kosmiczne. Składa się on z naładowanych elektrycznie cząstek o energiach do 1020 MeV. To milion razy więcej niż energia uzyskana w najpotężniejszym na świecie akceleratorze cząstek, Wielkim Zderzaczu Hadronów pod Genewą.

Niezwykle wysokoenergetyczne cząstki pochodzą z głębi kosmosu i przebyły miliardy lat świetlnych. Skąd się wzięli, dlaczego strzelali do wszechświata z tak ogromną mocą? Te pytania są jednymi z największych wyzwań w astrofizyce od ponad wieku.

Neutrina powstają w miejscach, w których rodzą się promienie kosmiczne. Są to cząsteczki neutralne, które są trudne do wykrycia. Nie mają prawie żadnej masy i prawie nie wchodzą w interakcje z substancją. Ścigają się po wszechświecie i mogą przemierzać galaktyki, planety i ludzkie ciało prawie bez śladu.

„Neutrina astrofizyczne powstają tylko w procesach, w których promieniowanie kosmiczne jest przyspieszane”, wyjaśnia profesor astrofizyki Sarah Busson z Uniwersytetu Juliusa Maksymiliana (JMU) Würzburg. To właśnie czyni te neutrina wyjątkowymi posłańcami, torując drogę do identyfikacji źródeł promieniowania kosmicznego.

Artykuł w nauce wywołał kontrowersje
Pomimo ogromnej ilości danych zebranych przez astrofizyków, przypisywanie wysokoenergetycznych neutrin do źródeł astrofizycznych, z których pochodzą, od lat pozostaje nierozwiązanym problemem. Sarah Busson zawsze uważała to za ekscytujące wyzwanie.

W 2017 roku badacz i inni koledzy po raz pierwszy zgłosili Blazar (TXS 0506 + 056) jako podejrzane źródło neutrin w czasopiśmie Science. Blazary to aktywne jądra galaktyczne zasilane przez supermasywne czarne dziury, które emitują znacznie więcej promieniowania niż cała ich galaktyka. Post wywołał naukową debatę na temat tego, czy naprawdę istnieje związek między blazarami a neutrinami o wysokiej energii.

Sukces dzięki analizie wielu wiadomości
Podążając za tym zachęcającym pierwszym krokiem, w czerwcu 2021 r. grupa profesora Bussona rozpoczęła ambitny, wielowiadomościowy projekt badawczy przy wsparciu Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych. Celem jest analiza różnych sygnałów („posłańców”, na przykład neutrin) z wszechświata. Głównym celem jest wyjaśnienie pochodzenia astrofizycznych neutrin i być może zidentyfikowanie blazarów jako pierwszego źródła wysokoenergetycznych neutrin poza galaktyką.

Projekt pokazuje teraz swój pierwszy sukces: w Astrophysical Journal Letters Sarah Busson wraz ze swoją grupą, byłymi doktorantami Ranier de Menezes i Andrea Tramassery z Uniwersytetu Genewskiego, donoszą, że blazary są powiązane z astrofizycznymi neutrinami w niespotykanym dotąd stopniu, pewność może być skorelowana.

Blazery Pivatron zostały zidentyfikowane jako pozagalaktyczne fabryki neutrin
„Korzystamy z danych neutrinowych uzyskanych z Obserwatorium Neutrino IceCube na Antarktydzie – najczulszego obecnie działającego detektora neutrin – oraz katalogu obiektów astrofizycznych, które z pewnością zidentyfikowano jako plazmy” – mówi profesor JMU.

„Przeprowadziliśmy analizę korelacji krzyżowej między próbkami danych i znaleźliśmy mocne dowody na to, że podzbiór blazarów wytwarza obserwowane neutrina wysokoenergetyczne. Prawdopodobieństwo, że jest to zbieg okoliczności, jest bardzo małe i wynosi tylko 6 x 10^-7, czyli mniej niż jeden na milion. Wyniki dostarczają po raz pierwszy niepodważalnego dowodu obserwacyjnego, że podgrupa blazarów PeVatron to pozagalaktyczne źródła neutrin, a tym samym akceleratory promieniowania kosmicznego”.

Według Sarah Bosson odkrycie tych wysokoenergetycznych fabryk neutrin jest kamieniem milowym w astrofizyce: „Zbliża nas o krok do rozwiązania wielowiekowej tajemnicy pochodzenia promieni kosmicznych”.

tylko wierzchołek góry lodowej
Mimo tego sukcesu badacz JMU zdaje sobie sprawę, że jest jeszcze wiele do zrobienia. Cytuje siedemnastowiecznego uczonego Blaise’a Pascala: „Wiedza jest jak kula: im jest większa, tym bardziej łączy się z nieznanym”.

Dotyczy to również badań Bosona: „To, co obserwujemy, to tylko wierzchołek góry lodowej, a jest to prawdopodobnie tylko najjaśniejszy i najpotężniejszy emiter neutrin”. W rzeczywistości, jak mówi, analiza statystyczna skupiła się tylko na najbardziej obiecujących typach neutrin IceCube, które są zorientowane na dane. Buson spodziewa się, że bardziej złożone techniki analityczne doprowadzą do większej liczby odkryć.

Blazary Biffatron stanowią nowe wyzwanie dla astrofizyki multi-posłańców, według Boson: „Co sprawia, że ​​ta grupa blazarów jest tak wyjątkowa wśród tysięcy podobnych obiektów w naszym wszechświecie? Te i inne pytania będą zajmować naszą wielokomunikacyjną społeczność przez dziesięciolecia ”.

Wydawniczy
„Starting a Journey Through the Universe: The Discovery of Neutrino Factories Beyond Galactic”, Astrophysical Journal Letters, 14 lipca 2022, otwarty dostęp, doi.org/10.3847/2041-8213/ac7d5b
https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ac7d5b
PDF: https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ac7d5b/pdf