Ανίχνευση νετρίνων υψηλής ενέργειας από το παρατηρητήριο IceCube στο Νότιο Πόλο


Animation (DESY, Science Communication Lab): Καθώς το άστρο πλησιάζει την μαύρη τρύπα, οι τεράστιες παλιρροιακές δυνάμεις το παραμορφώνουν όλο και περισσότερο έως ότου τελικά κομματιαστεί. Τα μισά από τα αστρικά συντρίμμια εκτοξεύονται στο διάστημα, ενώ τα υπόλοιπα σχηματίζουν έναν περιστρεφόμενο δίσκο προσαύξησης στην μαύρη τρύπα, από τον οποίο δύο ισχυροί πίδακες ύλης την εκτινάσσουν πάνω και κάτω. Το όλο σύστημα λειτουργεί ως ένας πανίσχυρος φυσικός επιταχυντής σωματιδίων. Οι επιστήμονες ανίχνευσαν στο παρατηρητήριο IceCube ένα μόνο νετρίνο από τα πολυάριθμα σωματίδια που εκσφενδόνισε το εν λόγω σύστημα προς τη Γη. Η ενέργεια του σωματιδίου ήταν μεγαλύτερη από 100 TeV.


Ο ανιχνευτής νετρίνων IceCube
Ένα από τα πιο φιλόδοξα και αντισυμβατικά επιστημονικά όργανα βρίσκεται κοντά στον Νότιο Πόλο, θαμμένο βαθιά μέσα στους πάγους και βλέπει προς τα κάτω, όχι προς τα πάνω. Πρόκειται για το παρατηρητήριο IceCube που όμοιό του δεν υπάρχει. Ο ίδιος ο παγετωνικός πάγος, διαφανής και απαλλαγμένος από φυσαλίδες αέρα χάρη στην ακραία πίεση που επικρατεί σε βάθη μεγαλύτερα από ενάμισι χιλιόμετρο, εξυπηρετεί τον ίδιο σκοπό που εξυπηρετεί το λείο πρωτεύον κάτοπτρο ενός συμβατικού αστρονομικού τηλεσκοπίου. Ενταφιασμένα στο εσωτερικό του είναι 86 επιμήκη κατακόρυφα ατσάλινα καλώδια, που στο κάθε ένα υπάρχουν αναρτημένες 60 σφαίρες στο μέγεθος μπάλας του μπάσκετ, ανά τακτά διαστήματα. Κάθε μία από τις 5160 σφαίρες περιέχει οπτικούς αισθητήρες και ηλεκτρονικά εξαρτήματα. Οι αισθητήρες, οι οποίοι ονομάζονται φωτολυχνίες, λειτουργούν αντίστροφα από τους λαμπτήρες φωτισμού: συγκεντρώνουν το φως και παράγουν ηλεκτρικά σήματα. Στην περίπτωση του IceCube, οι αισθητήρες ελέγχουν εξονυχιστικά τον υπόγειο πάγο για αμυδρές μπλε λάμψεις που περιστασιακά τρεμοπαίζουν μέσα στο γαλήνιο σκοτάδι. Κάθε φορά που ένας αισθητήρας ανιχνεύει κάποια λάμψη στέλνει ένα σήμα στους υπολογιστές που βρίσκονται στην επιφάνεια.

Οι μπλε λάμψεις δηλώνουν την διέλευση των στοιχειωδών σωματιδίων που είναι γνωστά ως μιόνια, τα οποία ανήκουν στην ίδια κατηγορία με τα ηλεκτρόνια, αλλά έχουν περίπου διακόσιες φορές μεγαλύτερη μάζα. Με τον συνδυασμό των σημάτων από τους διάφορους κόμβους αυτού του ενταφιασμένου δικτύου αισθητήρων, οι φυσικοί μπορούν να παρακολουθήσουν την πορεία ενός μιονίου στις τρεις διαστάσεις. Όμως οι ερευνητές δεν κυνηγούν τα ίδια τα μιόνια. Κυνηγούν νετρίνα, τους πιο φευγαλέους και αλλόκοτους απ’ όλους τους θαμώνες του υποατομικού κόσμου τους οποίους γνωρίζουμε. Αυτά τα σωματίδια-φαντάσματα αλληλεπιδρούν κάθε τόσο με πρωτόνια στα μόρια του πάγου και απελευθερώνουν μιόνια, κάτι που προδίδει την παρουσία τους καθώς τα μιόνια με τη σειρά τους φωτίζουν τον πάγο. Το νεογέννητο μιόνιο ταξιδεύει μέσα στον πάγο συνεχίζοντας την ίδια διαδρομή που ακολούθησε το εισερχόμενο νετρίνο, οπότε οι ερευνητές μπορούν, εξετάζοντας το ίχνος του μιονίου, να υπολογίσουν από ποια κατεύθυνση μας ήρθε το νετρίνο.
Τα νετρίνα δεν φέρουν ηλεκτρικό φορτίο, η μάζα τους είναι απειροελάχιστη και σπανιότατα αλληλεπιδρούν με άλλα σωματίδια. Ένα τυπικό νετρίνο θα μπορούσε να ταξιδέψει απόσταση ίση με ένα έτος φωτός μέσα σε μόλυβδο (!!) και να μην αλληλεπιδράσει ούτε με ένα άτομο.
Αυτό είναι άλλωστε το πρόβλημα με τα νετρίνα: είναι παθολογικώς ντροπαλά! Η σφοδρότατη απροθυμία τους για συναναστροφές δυσχεραίνει τον εντοπισμό τους, γι’ αυτό και το κυνήγι των νετρίνων είναι πολύ δύσκολη δουλειά. Όμως μια στο τόσο όλο και κάποιο νετρίνο θα συγκρουστεί με κάτι, π.χ. με ένα πρωτόνιο σ’ ένα μόριο νερού – ουσιαστικά, πρόκειται για ατύχημα. Οι επιστήμονες κατασκευάζουν λοιπόν εξαιρετικά μεγάλες ανιχνευτικές διατάξεις, όπως το Ice Cube, με σκοπό να αυξήσουν την πιθανότητα των τυχαίων συγκρούσεων και, επομένως, τις ευκαιρίες να παρατηρήσουμε νετρίνα. [Ρέυ Τζαγιαουόρντανα, «Κυνηγοί Νετρίνων», Πανεπιστημιακές Εκδόσεις Κρήτης]

Ο ανιχνευτής νετρίνων IceCube που βρίσκεται στο Νότιο Πόλο ανίχνευσε ένα νετρίνο με τεράστια ενέργεια – μεγαλύτερη των 100 TeV. Το σωματίδιο δημιουργήθηκε κατά την καταστροφή ενός άστρου από την κολοσσιαία βαρύτητα μιας μαύρης τρύπας με μάζα όσο 30 εκατομμύρια ήλιοι. Το συμβάν, που πραγματοποιήθηκε πριν από 700 εκατομμύρια χρόνια λίγο πριν εμφανιστούν τα πρώτα ζώα στη Γη, δημιούργησε ένα είδος γιγάντιου κοσμικού επιταχυντή σωματιδίων, εξαπολύοντας νετρίνα που πρόσφατα έφθασαν και διαπέρασαν τη Γη.

Η ανακάλυψη ρίχνει νέο φως στην προέλευση των κοσμικών ακτίνων υπερυψηλής ενέργειας, δηλαδή εκείνων των σωματιδίων στο σύμπαν που έχουν την μεγαλύτερη ενέργεια.

Οι ερευνητές από δεκάδες ερευνητικούς φορείς πολλών χωρών έκαναν δύο σχετικές δημοσιεύσεις στο περιοδικό αστρονομίας «Nature Astronomy»[ΕΔΩ και ΕΔΩ]. Όπως δήλωσε ο Σιόερτ βαν Βέλτσεν του ολλανδικού Πανεπιστημίου του Λέιντεν, «η προέλευση των κοσμικών νετρίνων υψηλής ενέργειας είναι άγνωστη, πρωτίστως επειδή είναι άκρως δύσκολο να εντοπισθούν. Είναι μόλις η δεύτερη φορά που ανιχνεύθηκε η πηγή ενός τέτοιου νετρίνου υψηλής ενέργειας».

Τόσο η προηγούμενη όσο και η νέα ανίχνευση έγινε από το αμερικανικό Παρατηρητήριο Νετρίνων IceCube στο Νότιο Πόλο, το οποίο βρίσκεται στο σταθμό Αμούντσεν-Σκοτ των ΗΠΑ στην Ανταρκτική. Το 2017 ο εν λόγω παγωμένος ανιχνευτής εντόπισε ένα νετρίνο ενέργειας 290 TeV, η πηγή του οποίου προσδιορίστηκε το 2018 ότι ήταν ένας ενεργός γαλαξίας (blazer). Η πρωτοτυπία αυτή τη φορά έγκειται στο ότι είναι το πρώτο ανιχνεύσιμο νετρίνο από ένα κατακλυσμικό συμβάν, συγκεκριμένα την καταστροφή ενός καταδικασμένου άστρου που πλησίασε πολύ μια μαύρη τρύπα. Αυτά τα γεγονότα, για τα οποία οι αστροφυσικοί δεν ξέρουν πολλά πράγματα, μπορούν να λειτουργήσουν ως πανίσχυροι φυσικοί επιταχυντές σωματιδίων.

Το νετρίνο υπερυψηλής ενέργειας, που έγινε αντιληπτό από το IceCube, «προσέκρουσε στον πάγο της Ανταρκτικής με την αξιοσημείωτη ενέργεια άνω των 100 TeV. Συγκριτικά, είναι τουλάχιστον δεκαπλάσια ενέργεια από αυτή που μπορεί να επιτευχθεί στον πιο ισχυρό επιταχυντή σωματιδίων στον κόσμο, στο CERN», δήλωσε η καθηγήτρια του γερμανικού Πανεπιστημίου του Μπόχουμ ‘Ανα Φρανκόβιακ.

Παρά την τόσο μεγάλη ενέργειά τους, τα κοσμικά νετρίνα, που ταξιδεύουν σε ευθεία γραμμή στο σύμπαν, είναι τόσο ελαφριά που διαπερνούν απαρατήρητα τα πάντα, ακόμη και ολόκληρους πλανήτες ή άστρα, γι’ αυτό έχουν ονομαστεί σωματίδια-φαντάσματα. Η «σύλληψη» ακόμη κι ενός μόνο τέτοιου φευγαλέου σωματιδίου συνιστά επίτευγμα.

Την ανίχνευση του νετρίνου από το IceCube ακολούθησαν αστρονομικές παρατηρήσεις με πολλά όργανα σε όλο το ηλεκτρομαγνητικό φάσμα, από τα ραδιοκύματα έως τις ακτίνες-Χ, εωσότου εντοπισθεί η πηγή προέλευσης του.

Η νέα ανακάλυψη, όπως ανέφερε ο καθηγητής αστρονομίας Μάρεκ Κοβάλσκι του Πανεπιστημίου Χούμπολτ του Βερολίνου, αναδεικνύει για μια άλλη φορά τη σημασία της αστρονομίας πολλαπλών μέσων (multi-messenger astronomy), η οποία δεν βασίζεται πια μόνο στα φωτόνια αλλά και σε άλλα μέσα, όπως τα νετρίνα και τα βαρυτικά κύματα, για να μελετήσει τα φαινόμενα στο σύμπαν.

Προσοχή! Μη νομίσει κανείς ότι υπάρχει μαύρη τρύπα στο Νότιο Πόλο! Το υπερυψηλής ενέργειας νετρίνο δημιουργήθηκε κατά την κατάρρευση ενός μακρινού άστρου προς μαύρη τρύπα. Ταξίδεψε διανύοντας απόσταση 700 εκατομμύρια έτη φωτός μέχρι την Γη και καταγράφηκε από τον ανιχνευτή νετρίνων IceCube που βρίσκεται στο Νότιο Πόλο.
Πηγές: https://www.skai.gr/news/technology/egrapsan-istoria-anakalypsan-proeleysi-somatidiou-fantasmatos-apo-mayri-trypa-notio-polohttps://www.desy.de/news/news_search/index_eng.html?openDirectAnchor=2030



Κατηγορίες:ΑΣΤΡΟΝΟΜΙΑ, ΑΣΤΡΟΦΥΣΙΚΗ, ΜΑΥΡΕΣ ΤΡΥΠΕΣ, ΣΤΟΙΧΕΙΩΔΗ ΣΩΜΑΤΙΑ

Ετικέτες: , ,

Σχολιάστε

Εισάγετε τα παρακάτω στοιχεία ή επιλέξτε ένα εικονίδιο για να συνδεθείτε:

Λογότυπο WordPress.com

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό WordPress.com. Αποσύνδεση /  Αλλαγή )

Φωτογραφία Google

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Google. Αποσύνδεση /  Αλλαγή )

Φωτογραφία Twitter

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Twitter. Αποσύνδεση /  Αλλαγή )

Φωτογραφία Facebook

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Facebook. Αποσύνδεση /  Αλλαγή )

Σύνδεση με %s

Ο ιστότοπος χρησιμοποιεί το Akismet για την εξάλειψη των ανεπιθύμητων σχολίων. Μάθετε πως επεξεργάζονται τα δεδομένα των σχολίων σας.

Αρέσει σε %d bloggers: