Źródło zdjęcia: UW-Madison
Nowy teleskop umieszczony na lodzie Antarktydy ukończył pierwszą mapę wysokoenergetycznego nieba neutrin. W rzeczywistości patrzy w dół, przez całą Ziemię, aby zobaczyć niebo północne w poszukiwaniu neutrin, które poruszają się z dużą prędkością i bez przeszkód przechodzą przez prawie całą materię. AMANDA II odkryła neutrina o energii 100 razy większej niż energia wytworzona w eksperymentach laboratoryjnych na Ziemi.
Nowatorski teleskop, który wykorzystuje lodową powierzchnię Antarktydy jako okno na kosmos, stworzył pierwszą mapę wysokoenergetycznego nieba neutrin.
Mapa, zaprezentowana dziś astronomom tutaj (15 lipca) na spotkaniu Międzynarodowej Unii Astronomicznej, zapewnia astronomom pierwsze kuszące spojrzenie na neutrina o bardzo wysokiej energii, cząsteczki-widma, które, jak się uważa, pochodzą z najbardziej gwałtownych wydarzeń w wszechświat - rozbijające się czarne dziury, rozbłyski gamma i gwałtowne jądra odległych galaktyk.
„To pierwsze dane z neutrino teleskopem z realistycznym potencjałem odkrywania” - mówi Francis Halzen, profesor fizyki z University of Wisconsin-Madison, mapy opracowanej przy użyciu AMANDA II, jedynego w swoim rodzaju teleskopu zbudowanego z obsługą z National Science Foundation (NSF) i składa się z tablic detektorów zbierających światło zakopanych w lodzie 1,5 kilometra poniżej bieguna południowego. „Do tej pory jest to najbardziej wrażliwy sposób patrzenia na wysokoenergetyczne niebo neutrino”, mówi.
Zdolność do wykrywania wysokoenergetycznych neutrin i śledzenia ich z powrotem do miejsca pochodzenia pozostaje jednym z najważniejszych zadań współczesnej astrofizyki.
Ponieważ neutrina kosmiczne są niewidoczne, nienaładowane i prawie nie mają masy, ich wykrycie jest prawie niemożliwe. W przeciwieństwie do fotonów, cząstek tworzących światło widzialne i innych rodzajów promieniowania, neutrina mogą bez przeszkód przepływać przez planety, gwiazdy, ogromne pola magnetyczne przestrzeni międzygwiezdnej, a nawet całe galaktyki. Ta jakość - co sprawia, że są bardzo trudne do wykrycia - jest również ich największym atutem, ponieważ informacje, które przechowują na temat odległych kosmologicznie i niemożliwych do zaobserwowania zdarzeń, pozostają nienaruszone.
Mapa opracowana przez AMANDA II jest wstępna, podkreśla Halzen i przedstawia tylko jeden rok danych zebranych przez lodowy teleskop. Wykorzystując jeszcze dwa lata danych zebranych już za pomocą AMANDA II, Halzen i jego koledzy zdefiniują następnie strukturę mapy nieba i posortują potencjalne sygnały z wahań statystycznych na obecnej mapie, aby je potwierdzić lub obalić.
Znaczenie mapy, według Halzena, polega na tym, że dowodzi ona działania detektora. „Ustala wydajność tej technologii” - mówi - „i pokazuje, że osiągnęliśmy tę samą czułość, co teleskopy używane do wykrywania promieni gamma w tym samym regionie wysokoenergetycznym” widma elektromagnetycznego. Od obiektów przyspieszających promienie kosmiczne oczekuje się prawie równych sygnałów, których pochodzenie pozostaje nieznane prawie sto lat po ich odkryciu.
Zatopiony głęboko w lodzie Antarktyki teleskop AMANDA II (mnich antarktyczny i matryca detektorów neutrin) zaprojektowano tak, aby nie patrzył w górę, lecz w dół, przez Ziemię do nieba na półkuli północnej. Teleskop składa się z 677 szklanych modułów optycznych, każdy wielkości kuli do kręgli, rozmieszczonych na 19 kablach osadzonych głęboko w lodzie za pomocą wysokociśnieniowych wiertarek do gorącej wody. Układ przekształca cylinder lodu o wysokości 500 metrów i średnicy 120 metrów w detektor cząstek.
Moduły szklane działają jak żarówki w odwrotnej kolejności. Wykrywają i wychwytują słabe i ulotne smugi światła powstałe, gdy czasami neutrina uderzają w atomy lodu wewnątrz lub w pobliżu detektora. Wraki subatomowe tworzą miony, kolejny gatunek cząstek subatomowych, który dogodnie pozostawia efemeryczny ślad niebieskiego światła w głębokim lodzie antarktycznym. Smuga światła dopasowuje się do ścieżki neutrina i wskazuje z powrotem do punktu początkowego.
Ponieważ zapewnia ona pierwszy rzut oka na wysokoenergetyczne niebo neutrino, mapa będzie bardzo interesować astronomów, ponieważ, jak mówi Halzen, „nadal nie mamy pojęcia, w jaki sposób promienie kosmiczne są przyspieszane lub skąd pochodzą”.
Fakt, że AMANDA II zidentyfikował neutriny do stu razy większe niż energia cząstek wytwarzanych przez najpotężniejsze akceleratory ziemskie, budzi perspektywę, że niektóre z nich mogą zostać uruchomione podczas długich podróży przez niektóre z najbardziej energetycznych wydarzeń w kosmosie. Zdolność do rutynowego wykrywania neutrin wysokoenergetycznych zapewni astronomom nie tylko soczewkę do badania tak dziwnych zjawisk, jak zderzanie się czarnych dziur, ale także sposób na uzyskanie bezpośredniego dostępu do nieedytowanych informacji z wydarzeń, które miały miejsce setki milionów lub miliardów lat świetlnych daleko i eony temu.
„Ta mapa może zawierać pierwszy dowód kosmicznego akceleratora” - mówi Halzen. „Ale jeszcze nas tam nie ma”.
Polowanie na źródła kosmicznych neutrin zostanie wzmocnione, gdy teleskop AMANDA II będzie się powiększał wraz z dodawaniem nowych ciągów detektorów. Plany wymagają powiększenia teleskopu do kilometra sześciennego lodowego oprzyrządowania. Nowy teleskop, zwany IceCube, sprawi, że przeszukiwanie nieba w poszukiwaniu kosmicznych źródeł neutrin będzie bardzo wydajne.
„Będziemy wrażliwi na najbardziej pesymistyczne przewidywania teoretyczne” - mówi Halzen. „Pamiętaj, że szukamy źródeł, a nawet jeśli coś odkryjemy teraz, nasza wrażliwość jest taka, że w najlepszym razie dostrzegalibyśmy rzędu 10 neutrin rocznie. To nie jest wystarczająco dobre."
Oryginalne źródło: WISC News Release
