Ovako izgleda naša galaksija Mliječni put promatrana s neutrinima

Znanstvenici s Neutrinski opservatorij IceCube otkrili su zapanjujuću novu sliku naše galaksije Mliječni put koju vide duhovite glasničke čestice zvane neutrini. Ova nova analiza—najavljena na današnjem događaju Sveučilišta Drexel, sa papir biti objavljen u časopisu Science tomorrow—nudi dosad najjači dokaz da je Milky Way je izvor visokoenergetskih neutrina, bacajući više svjetla na podrijetlo visokoenergetskih kozmičkih zrake.

"Sjećam se da sam rekao: 'U ovom trenutku u ljudskoj povijesti, mi smo prvi koji su vidjeli našu galaksiju u bilo čemu drugom osim svjetla,'" rekla je fizičarka Sveučilišta Drexel i članica IceCubea Naoko Kurahashi Neilson trenutka kada su ona i dvoje diplomiranih studenata prvi put pregledali sliku. “Promatranje vlastite galaksije po prvi put korištenjem čestica umjesto svjetlosti veliki je korak. Kako se astronomija neutrina bude razvijala, dobit ćemo novu leću kojom ćemo promatrati svemir.”

Kao prethodno objavljeno, otkad je francuski fizičar Pierre Auger predložio 1939. godine da kozmičke zrake mora nositi nevjerojatne količine energije, znanstvenici su se zbunjivali što proizvodi ove moćne nakupine protona i neutrona koji padaju u Zemljinu atmosferu. Jedan od načina da se identificiraju izvori je pratiti staze koje su kozmički neutrini visoke energije putovali na svom putu do Zemlje od stvaraju ih kozmičke zrake koje se sudaraju s materijom ili zračenjem, stvarajući čestice koje se zatim raspadaju u neutrine i gama zrake.

Većina lovaca na neutrine zakopa svoje eksperimente duboko pod zemlju, kako bi se bolje poništila buka iz drugih izvora. U slučaju IceCubea, suradnja uključuje niz optičkih senzora veličine košarkaške lopte zakopanih duboko u antarktičkom ledu. U onim rijetkim prilikama kada neutrino u prolazu stupa u interakciju s jezgrom atoma u ledu, sudar proizvodi nabijene čestice koje emitiraju UV i plave fotone. Hvataju ih senzori. Stoga je IceCube u dobroj poziciji da pomogne znanstvenicima da unaprijede svoje znanje o podrijetlu visokoenergetskih kozmičkih zraka.

Jedan jak mogući izvor visokoenergetskih kozmičkih zraka je aktivne galaktičke jezgre (AGN), koji se nalaze u središtima nekih galaksija. Njihova energija proizlazi iz supermasivnih crnih rupa u središtu galaksije i/ili iz vrtnje crne rupe. Nije lak zadatak locirati izvore neutrina visoke energije u svemiru, s obzirom na veliki broj pozadinskih neutrina i drugih čestica u Zemljinoj atmosferi. Na primjer, IceCube bilježi otprilike 100 milijuna miona za svaki pojedini neutrino koji detektira. Godine 2018. IceCube je uhvatio bljesak neutrina za koji se činilo da dolazi iz vrste AGN-a zvanog blazar. Ali morali su pronaći druge slične kozmičke izvore neutrina kako bi pomirili to opažanje s postojećim modelima neutrina.

2020. IceCube kolaboracija analizirani podaci prikupljeno između 2008. i 2018. godine. Pronašli su primamljiv nagovještaj 63 viška neutrina koji dolaze iz smjera četiri AGN, iako je samo jedan-Messier 77 (aka NGC 1068, ili galaksija Squid)—dosegla bilo kakvu statističku značajnost. Čak i tako, bilo je samo 2,9 sigma, manje od onoga što je potrebno za tvrdnju o otkriću; to je jednostavno mogla biti slučajna pozadinska fluktuacija.

Dakle, IceCube znanstvenici ponovno pregledao podatke prošle godine, ovaj put uključivši tehnike strojnog učenja za bolju rekonstrukciju putanja i energija fotona koje su uhvatili detektori. Zatim su ponovno obradili tih istih 10 godina podataka. Rezultat: višak od 79 neutrina u odnosu na pozadinu, sa statističkom značajnošću od 4,2 sigma. Dakle, Messier 77 je doista jak kandidat za jedan takav emiter neutrina visoke energije.