Частицы-призраки, упавшие в Антарктиду, могут навсегда изменить астрономию

Примерно в 47 миллионах световых лет от того места, где вы находитесь, центр заполненной черными дырами галактики под названием NGC 1068 выбрасывает потоки загадочных частиц. Эти «нейтрино» также известны как неуловимые «частицы-призраки». преследуют нашу вселенную но оставляют мало следов своего существования.

Сразу же после возникновения пучки этих невидимых частиц устремляются в космическое пространство. Они проносятся мимо ярких звезд, которые мы видим, и проносятся мимо космических карманов, кишащих чудесами, которые нам еще только предстоит открыть. Они летают, летают и летают, пока время от времени не врезаются в детектор глубоко под поверхностью Земли.

Путешествие нейтрино незаметно. Но ученые терпеливо ждут их прибытия.

На глубине более 2 километров (1,24 мили) под Антарктидой, укрытой примерно 1 миллиардом тонн льда, лежит Нейтринная обсерватория IceCube. Охотник за нейтрино, можно сказать. Когда какие-нибудь нейтрино перенесут свою партию на холодный континент, IceCube будет готов.

В газете опубликовано в пятницу в журнале Science, международная команда, стоящая за этим амбициозным экспериментом, подтвердила, что обнаружила доказательства 79 «высокоэнергетичных нейтринных выбросов», исходящих из района, где расположена NGC 1068, открывая дверь для новых и бесконечно увлекательных типов физики. Ученые называют это «нейтринной астрономией».

Это была бы область астрономии, которая могла бы делать то, что существующие отрасли просто не могут.

До сегодняшнего дня физики показывали только нейтрино, испускаемые солнцем; атмосфера нашей планеты; химический механизм, называемый радиоактивным распадом; сверхновые; и — благодаря первому прорыв в 2017 году — блазар, или прожорливая сверхмассивная черная дыра, направленная прямо на Землю. Пустота, получившая название TXS 0506+056.

С этим новым источником нейтрино мы вступаем в новую эру истории частиц. На самом деле, по мнению исследовательской группы, количество нейтрино, исходящих от NGC 1068, может достигать миллионов, миллиардов, а может быть, даже триллионы количество энергии, содержащейся в нейтрино, укорененных в солнце или сверхновых. Это потрясающие цифры, потому что, как правило, такие призрачные кусочки настолько сильны, но в то же время уклончивы, что каждую секунду, триллионы триллионов нейтрино двигаться прямо через ваше тело. Вы просто не можете сказать.

И если вы хотите остановить нейтрино на его пути, вам нужно бороться с ним с помощью блок свинца один световой год в ширину — хотя даже тогда шансы на успех были ничтожны. Таким образом, использование этих частиц, версии NCG 1068 или нет, может позволить нам проникнуть в области космоса, которые обычно находятся вне досягаемости.

Что теперь?

Этот момент является массовым не только потому, что он дает нам больше доказательств существования странной частицы, о которой даже не было объявлено. существовал до 1956 годано также и потому, что нейтрино — это как ключи к закулисью нашей вселенной.

Они обладают способностью обнаруживать явления и решать загадки, которые мы не можем решить никакими другими средствами, что является основной причиной, по которой ученые в первую очередь пытаются развивать нейтринную астрономию.

«У Вселенной есть несколько способов общаться с нами», — заявила журналистам в четверг Дениз Колдуэлл из Национального научного фонда и член команды IceCube. «Электромагнитное излучение, которое мы видим как свет от звезд, гравитационные волны, сотрясающие ткань пространства, и элементарные частицы, такие как протоны, нейтроны и электроны, испускаемые локализованными источниками.

«Одной из этих элементарных частиц были нейтрино, которые пронизывают Вселенную, но, к сожалению, нейтрино очень трудно обнаружить».

На самом деле, даже галактика NGC 1068 и ее гигантская черная дыра, как правило, скрыты толстой завесой из пыли и газа, что затрудняет их анализ с помощью стандартных оптических телескопов и оборудования, несмотря на то, что ученые годами пытались пробить ее завесу. НАСА Космический телескоп Джеймса Уэбба может иметь ногу в этом случае из-за его инфракрасные глазано нейтрино могут быть еще лучшим способом.

Ожидается, что эти частицы будут генерироваться за такими непрозрачными экранами, фильтрующими нашу Вселенную. Эти частицы могут нести космическую информацию из-за этих экранов, перемещаться на большие расстояния, практически не взаимодействуя ни с какой другой материей, и доставлять человечеству первозданную, нетронутую информацию о неуловимых уголках космоса.

«В некотором смысле нам очень повезло, потому что мы можем получить доступ к удивительному пониманию этого объекта», — сказала Элиза Рескони из Мюнхенского технического университета и член команды IceCube о NGC 1068.

Также примечательно, что существует много (много) других галактик, похожих на NGC 1068, которые классифицируются как Сейфертовские галактики — чем есть блазары, похожие на TXS 0506+056. Это означает, что последнее открытие IceCube, возможно, является большим шагом вперед для нейтринных астрономов, чем оригинальное открытие обсерватории.

Возможно, основная часть нейтрино, распространяющихся по Вселенной, связана с двойниками NGC 1068. Но по большому счету нейтрино имеют гораздо больше достоинств, чем просто их источники.

Эти призраки, как выразился Джастин Ванденбрук из Университета Висконсин-Мэдисон и член команды IceCube, способны решить две главные загадки астрономии.

Во-первых, множество галактик в нашей Вселенной могут похвастаться гравитационно чудовищными пустотами в своих центрах, черными дырами, масса которых в миллионы или миллиарды раз превышает массу нашего Солнца. И эти черные дыры, когда они активны, выбрасывают струи света из своих внутренностей, излучая достаточно света, чтобы затмить каждую звезду в самой галактике. — Мы не понимаем, как это происходит, — просто сказал Ванденбрук. Нейтрино могут предоставить способ изучения областей вокруг черных дыр.

Во-вторых, общее, но стойкое, загадка космических лучей.

На самом деле мы также не знаем, откуда берутся космические лучи, но эти цепочки частиц достигают энергий в миллионы раз выше, чем мы можем достичь здесь, на Земле, с помощью созданных человеком ускорителей частиц, таких как тот что в ЦЕРНе.

«Мы думаем, что нейтрино могут сыграть определенную роль», — сказал Ванденбрук. «Что-то, что может помочь нам ответить на эти две загадки о черных дырах, питающих очень яркие галактики, и о происхождении космических лучей».

Десятилетие, чтобы поймать горстку

Чтобы было ясно, IceCube точно не улавливает нейтрино.

По сути, эта обсерватория сообщает нам каждый раз, когда нейтрино взаимодействует с покрывающим его льдом. «Нейтрино почти не взаимодействуют с материей», — подчеркнул Ванденбрук. «Но иногда они взаимодействуют».

Когда миллионы нейтрино устремляются в ледяную область, где установлен IceCube, по крайней мере одно из них может столкнуться с атомом льда, который затем разбивается и производит вспышку света. Сенсоры IceCube улавливают эту вспышку и отправляют сигнал на поверхность, а уведомления затем анализируются сотнями ученых.

Десять лет данных световых вспышек позволили команде в значительной степени составить карту того, откуда в небе появляется каждое нейтрино. Вскоре стало ясно, что именно там, где находится галактика NGC 1068, находится плотная область нейтринного излучения.

Но даже с такими доказательствами, по словам Рескони, команда понимала, что «не время открывать шампанское, потому что у нас все еще есть один фундаментальный вопрос, на который нужно ответить. Сколько раз такое выравнивание происходило случайно? Как мы можем быть уверены, что нейтрино на самом деле исходящее от такого объекта?»

Итак, чтобы сделать все как можно более конкретным и действительно, действительно доказать, что эта галактика извергает призраков, «мы провели 500 миллионов раз один и тот же эксперимент», — сказал Рескони.

После чего, я могу только представить, бутылка Veuve наконец-то открылась. Хотя охота еще не окончена.

«Мы только начинаем царапать поверхность в поисках новых источников нейтрино», — сказал Игнасио Табоада из Технологического института Джорджии и член команды IceCube. «Должно быть много других источников, гораздо более глубоких, чем NGC 1068, которые прячутся где-то, чтобы их можно было найти».