VERITAS leverer kritisk brik til neutrino -opdagelsespuslespil

VERITAS-arrayet har bekræftet påvisning af højenergi gammastråler fra nærheden af ​​et supermassivt sort hul placeret i en fjern galakse, TXS 0506+056. Selvom disse påvisninger er relativt almindelige for VERITAS, dette sort hul er potentielt den første kendte astrofysiske kilde til kosmiske neutrinoer med høj energi, en type spøgelsesagtig subatomær partikel, der kan fremstilles ved astrofysiske kilder til kosmiske stråler med ultrahøj energi.

University of Utah er en af ​​de grundlæggende samarbejdende institutioner i VERITAS -observatoriet. Medforfatter Dave Kieda, professor i fysik og astronomi og dekan for U's kandidatskole, ledet designet, konstruktion og opgradering af VERITAS, der gav instrumentet øget følsomhed over for de lavere energi gammastråler, der er kritiske for opdagelsen. Anushka Udara Abeysekara, forskningsassistent i fysik og astronomi ved U, er også medforfatter på papiret.

"Dette er første gang, vi har set højenergi gammastråler og neutrinoer blive genereret af en fælles astrofysisk kilde. Dette er tegn på, at nærliggende og fjerne galakser med supermassive sorthuller i deres centre aktivt skaber højenergi kosmiske stråler, "sagde Kieda." Det er en af ​​brikkerne i puslespillet, der er nødvendige for at løse mysteriet om, hvor disse kosmiske stråler kommer fra. "

University of Utah driver også Telescope Array kosmiske stråleobservatorium baseret i Delta, Utah. I 2015, University of Utah Telescope Array Group identificerede et potentielt hotspot af kosmiske stråler med ultrahøj energi, der kommer fra et bredt område af himlen, der indeholder mange potentielle ekstragalaktiske kosmiske strålekilder. Fordi vores galakses magnetfelt bøjer banen for indkommende kosmiske partikler, Teleskoparrayet var ude af stand til at udpege nogen enkelt galakse som oprindelsen til de højenergiske kosmiske stråler. VERITAS gammastråling, i kombination med ICECUBE neutrino -detektion, giver en måde til direkte at identificere en enkelt galakse som en kilde til kosmiske stråler med høj energi. Denne "multi-messenger" tilgang til astronomi-ved brug af fælles observationer af neutrinoer, gammastråler, Røntgenstråler og kosmiske stråler-giver et stort gennembrud i forståelsen af ​​de mest energiske partiklers astrofysiske oprindelse i universet.

"Epoken med multi-messenger astrofysik er her, "sagde National Science Foundation -direktør France Córdova." Hver budbringer - fra elektromagnetisk stråling, gravitationsbølger og nu neutrinoer - giver os en mere fuldstændig forståelse af universet, og vigtig ny indsigt i de mest kraftfulde objekter og begivenheder på himlen. Sådanne gennembrud er kun mulige gennem et langsigtet engagement i grundforskning og investering i fremragende forskningsfaciliteter. "

VERITAS leverer kritisk brik til neutrino -opdagelsespuslespil

VERITAS -arrayet har bekræftet påvisning af gammastråler fra nærheden af ​​et supermassivt sort hul. Selvom disse påvisninger er relativt almindelige for VERITAS, dette sorte hul er potentielt den første kendte astrofysiske kilde til kosmiske neutrinoer med høj energi, en type spøgelsesagtig subatomær partikel.

Den 22. september, 2017 IceCube Neutrino Observatory, et kubik kilometer neutrino-teleskop placeret på Sydpolen, opdaget et neutrino med høj energi af potentiel astrofysisk oprindelse. Imidlertid, IceCube er ikke i stand til at lokalisere en kilde til neutrinoer på himlen. For det, forskere havde brug for mere information.

Meget hurtigt efter opdagelsen af ​​IceCube blev annonceret, teleskoper rundt om i verden, herunder VERITAS (som står for "Very Energetic Radiation Telescope Array System") gik i gang for at identificere kilden. VERITAS, MAGIC og H.E.S.S. gammastråleobservatorier kiggede alle på neutrino-positionen. Ud over, andre gammastråleobservatorier, der overvåger meget af himlen ved lavere og højere energier, gav også dækning.

Disse opfølgende observationer af den uslebne IceCube neutrino position tyder på, at neutrinoens kilde er en blazar, som er et supermassivt sort hul med kraftige udstrømmende jetfly, der kan ændre sig dramatisk i lysstyrke over tid. Denne blazar, kendt som TXS 0506+056, er placeret i midten af ​​en galakse cirka 4 milliarder lysår fra Jorden.

I første omgang, NASAs Fermi Gamma-ray rumteleskop observerede, at TXS 0506+056 var flere gange lysere end normalt set i dens overvågning på himlen. Til sidst, MAGIC-observatoriet foretog en påvisning af gammastråler med meget højere energi cirka to uger efter neutrinodetekteringen, mens VERITAS, H.E.S.S. og HAWC så ikke blazaren i nogen af ​​deres observationer i løbet af de to uger efter advarslen.

I betragtning af vigtigheden af ​​højere energi-gammastråldetektioner for at identificere den mulige kilde til neutrino, VERITAS fortsatte med at observere TXS 0506+056 i de følgende måneder, til februar 2018, og afslørede kilden, men ved en svagere tilstand end det, der blev opdaget af MAGIC.

Påvisning af gammastråler, der falder sammen med neutrinoer, er pirrende, da begge partikler skal produceres ved dannelsen af ​​kosmiske stråler. Siden de først blev opdaget for over hundrede år siden, kosmiske stråler - stærkt energiske partikler, der kontinuerligt regner ned på jorden fra rummet - har udgjort et varigt mysterium. Hvad skaber og lancerer disse partikler på så store afstande? Hvor kommer de fra?

"Den potentielle forbindelse mellem neutrinohændelsen og TXS 0506+056 ville kaste nyt lys over de accelerationsmekanismer, der finder sted i kernen af ​​disse galakser, og give spor om det århundredgamle spørgsmål om oprindelsen af ​​kosmiske stråler, "sagde medforfatter og talsmand for VERITAS Reshmi Mukherjee fra Barnard College, Columbia University i New York, New York.

"Astrofysik går ind i en spændende ny æra med multi-messenger-observationer, hvor himmelkilder studeres gennem påvisning af den elektromagnetiske stråling, de udsender på tværs af spektret, fra radiobølger til højenergi gammastråler, i kombination med ikke-elektromagnetiske midler, såsom gravitationsbølger og højenergienutrinoer, "sagde medforfatter Marcos Santander fra University of Alabama i Tuscaloosa.

Et papir, der beskriver de dybe VERITAS -observationer af TXS 0506+056, vises online i The Astrofysiske journalbreve den 12. juli, 2018.