Uppruni háorku hlutleysingi hafa verið rakin í fyrsta sinn og leyst mikilvæga stjarnfræðilega ráðgátu
Til að skilja og læra meira orka eða efni, rannsóknin á dularfullu undiratómaögnunum er mjög mikilvæg. Eðlisfræðingar skoða sub-atomic agnir - hlutleysingjar - að öðlast frekari skilning á mismunandi atburðum og ferlum sem þeir hafa sprottið af. Við vitum um stjörnur og sérstaklega sólina með því að læra hlutleysingjar. Það er svo miklu meira að læra um alheimurinn og skilningur á því hvernig neutrinos virka er mikilvægasta skrefið fyrir alla vísindamenn sem hafa áhuga á eðlisfræði og stjörnufræði.
Hvað eru neutrinos?
Nifteindir eru gufukenndar (og mjög rokgjarnar) agnir með nánast engan massa, enga rafhleðslu og þær geta farið í gegnum hvers kyns efni án nokkurra breytinga í sjálfu sér. Neutrinos geta náð þessu með því að standast erfiðar aðstæður og þétt umhverfi eins og stjörnur, reikistjarna og vetrarbrautir. Mikilvægur eiginleiki nifteinda er að þeir hafa aldrei samskipti við efnið í umhverfi sínu og það gerir þá mjög krefjandi að greina. Einnig eru þeir til í þremur „bragðtegundum“ - rafeind, tau og muon og þeir skipta á milli þessara bragðtegunda þegar þeir sveiflast. Þetta er kallað „blöndun“ fyrirbæri og þetta er undarlegasta rannsóknasviðið þegar gerðar eru tilraunir á nifteindum. Sterkustu eiginleikar nifteinda eru að þeir bera einstakar upplýsingar um nákvæmlega uppruna þeirra. Þetta er aðallega vegna þess að nitrinó séu þó mjög orkumikil, þau hafa enga hleðslu og því eru þau óbreytt af segulsviðum af neinu afli. Uppruni nifteinda er ekki alveg þekktur. Flestir þeirra koma frá sólinni en fáir, sérstaklega þeir sem hafa mikla orku koma frá dýpri svæðum í pláss. Þetta er ástæðan fyrir því að enn var ekki vitað nákvæmlega um uppruna þessara fávísu flakkara og er vísað til þeirra sem „draugaagnir“.
Uppruni háorku nifteinda rakinn
Í tímamótum tvíburarannsóknum í stjörnufræði sem birtar voru í Vísindi, hafa vísindamenn í fyrsta sinn rakið uppruna draugakennds nifteindar undir atómaagna sem fannst djúpt í ís á Suðurskautslandinu eftir að það ferðaðist 3.7 milljarða ára til reikistjarna Jörð1,2. Þetta starf er unnið með samstarfi yfir 300 vísindamanna og 49 stofnana. Háorku nifteindir fundust með stærsta IceCube skynjara sem komið hefur verið fyrir á suðurpólnum af IceCube Neutrino Observatory djúpt í íslögunum. Til að ná markmiði sínu voru 86 holur boraðar í ís, hver um sig einn og hálfur mílna djúpur, og dreift yfir net meira en 5000 ljósnema sem þekja þannig samtals 1 rúmkílómetra. IceCube skynjari, stjórnað af US National Science Foundation, er risastór skynjari sem samanstendur af 86 snúrum sem eru settir í borholur sem ná upp í djúpan ís. Skynjararnir skrá hið sérstaka bláa ljós sem gefur frá sér þegar nifteind hefur samskipti við atómkjarna. Mörg orkumikil neutrino greindust en ekki var hægt að rekja þær þar til nitrino með orku upp á 300 trilljón rafeindavolta greindist með góðum árangri undir íshellu. Þessi orka er næstum 50 sinnum stærri en orka róteindanna sem fara í gegnum Large Hardon Collider sem er öflugasti agnahraðallinn á þessu reikistjarna. Þegar þessari uppgötvun var lokið safnaði rauntímakerfi saman og safnaði saman gögnum, fyrir allt rafsegulrófið, frá rannsóknarstofum á jörðinni og í pláss um uppruna þessa nifteindar.
Nifteindið var rakið aftur til lýsandi Galaxy þekktur sem „blazerinn“. Blazer er risastór sporöskjulaga virkur Galaxy með tveimur strókum sem gefa frá sér nitrino og gammageisla. Það hefur áberandi risastórt og snýst hratt svarthol í miðju þess og Galaxy hreyfist í átt að jörðinni um ljóshraða. Einn af strókum blazersins er logandi björt karakter og hann vísar beint á jörðina sem gefur þetta Galaxy nafn þess. Blazerinn Galaxy er staðsett vinstra megin við stjörnumerkið Óríon og þessi fjarlægð er um 4 milljarða ljósára frá jörðinni. Bæði daufkyrninga og gammageislar greindust af stjörnustöðinni og einnig alls 20 sjónaukar á jörðinni og í pláss. Þessi fyrsta rannsókn1 sýndi uppgötvun nitrinoa og önnur síðari rannsókn2 sýndi að blazerinn Galaxy hafði framleitt þessar daufkyrninga fyrr líka á árunum 2014 og 2015. Blazerinn er örugglega uppspretta afar orkumikilla nifteinda og þar með geimgeisla líka.
Byltingarkennd uppgötvun í stjörnufræði
Uppgötvun þessara daufkyrninga er afar vel heppnuð og hún getur gert kleift að rannsaka og fylgjast með alheimurinn á óviðjafnanlegan hátt. Vísindamenn fullyrða að þessi uppgötvun gæti hjálpað þeim að rekja, í fyrsta skipti, uppruna hinna dularfullu geimgeisla. Þessir geislar eru brot af atómum sem koma niður til jarðar utan sólkerfisins logandi á ljóshraða. Þeim er kennt um að valda gervihnöttum, fjarskiptakerfum o.fl. vandamálum. Öfugt við nifteindir, eru geimgeislar hlaðnar agnir, þannig að segulsvið halda áfram að hafa áhrif á og breyta leið sinni og það gerir það ómögulegt að rekja uppruna þeirra. Geimgeislar hafa verið viðfangsefni rannsókna í stjörnufræði í langan tíma og þó þeir hafi verið uppgötvaðir árið 1912 eru geimgeislar enn stór ráðgáta.
Í framtíðinni getur stjörnustöð fyrir nifteindir á stærri skala sem notar svipaða innviði og notaðir eru í þessari rannsókn náð hraðari niðurstöðum og hægt er að gera fleiri greiningar til að afhjúpa nýjar uppsprettur nifteinda. Þessi rannsókn sem gerð er með því að skrá margar athuganir og kynnast gögnum yfir rafsegulrófið skiptir sköpum til að efla skilning okkar á alheimurinn fyrirkomulag eðlisfræðinnar sem stjórnar henni. Þetta er frábær lýsing á „fjölboða“ stjörnufræði sem notar að minnsta kosti tvær mismunandi gerðir merkja til að skoða alheiminn sem gerir hann öflugri og nákvæmari til að gera slíkar uppgötvanir mögulegar. Þessi nálgun hefur hjálpað til við að uppgötva nifteindastjörnuárekstur og einnig þyngdarbylgjur í seinni tíð. Hver þessara boðbera veitir okkur nýja þekkingu um alheimurinn og kröftugir atburðir í andrúmsloftinu. Einnig getur það aðstoðað við að skilja meira um öfgaatburðina sem áttu sér stað fyrir milljónum ára síðan og settu þessar agnir áleiðis til jarðar.
***
{Þú getur lesið upprunalegu rannsóknarritgerðina með því að smella á DOI hlekkinn sem gefinn er upp hér að neðan á listanum yfir tilvitnaðar heimildir}
Heimildir)
1. IceCube Samstarfið o.fl. 2018. Athuganir fjölboða á logandi blossa sem fellur saman við háorku nifteindur IceCube-170922A. Vísindi. 361 (6398). https://doi.org/10.1126/science.aat1378
2. IceCube Samstarfið o.fl. 2018. Útstreymi daufkyrninga úr áttum blazar TXS 0506+056 fyrir IceCube-170922A viðvörunina. Vísindi. 361 (6398). https://doi.org/10.1126/science.aat2890
***
