Hvor neutrinoer kommer fra

Russiske astrofysikere er kommet tæt på at bestemme oprindelsen af ​​højenergi neutrinoer fra rummet. Holdet sammenlignede data om de undvigende partikler indsamlet af det antarktiske neutrino-observatorium IceCube og om lange elektromagnetiske bølger målt af radioteleskoper. Kosmiske neutrinoer viste sig at være forbundet med flares i centrene af fjerne aktive galakser, som menes at være vært for supermassive sorte huller. Når stoffet falder mod det sorte hul, noget af det accelereres og kastes ud i rummet, giver anledning til neutrinoer, der derefter løber langs gennem universet med næsten lysets hastighed.

Undersøgelsen er offentliggjort i Astrofysisk tidsskrift og er også tilgængelig fra arXiv preprint repository.

Neutrinoer er mystiske partikler så små, at forskerne ikke engang kender deres masse. De passerer ubesværet gennem genstande, mennesker og endda hele planeter. Højenergi-neutrinoer dannes, når protoner accelererer til næsten lysets hastighed.

De russiske astrofysikere fokuserede på oprindelsen af ​​ultrahøjenergi neutrinoer ved 200 billioner elektronvolt eller mere. Holdet sammenlignede målingerne af IceCube-anlægget, begravet i den antarktiske is, med et stort antal radioobservationer. De undvigende partikler viste sig at dukke op under radiofrekvensudbrud i centrene af kvasarer.

Kvasarer er kilder til stråling i centrene af nogle galakser. De består af et massivt sort hul, der forbruger stof, der flyder i en skive rundt om det, og spytter ekstremt kraftige stråler af ultravarm gas ud.

"Vores resultater tyder på, at højenergi neutrinoer er født i aktive galaktiske kerner, især under radioblus. Da både neutrinoerne og radiobølgerne rejser med lysets hastighed, de når Jorden samtidigt, " sagde undersøgelsens første forfatter Alexander Plavin.

Plavin er ph.d. studerende ved Lebedev Physical Institute of the Russian Academy of Sciences (RAS) og Moscow Institute of Physics and Technology. Som sådan, han er en af ​​de få unge forskere, der opnåede resultater af den kaliber i begyndelsen af ​​deres videnskabelige karriere.

Neutrinoer kommer fra, hvor ingen havde forventet

Efter at have analyseret omkring 50 neutrinohændelser opdaget af IceCube, holdet viste, at disse partikler kommer fra lyse kvasarer set af et netværk af radioteleskoper rundt om på planeten. Netværket bruger den mest præcise metode til at observere fjerne objekter i radiobåndet:meget lang baseline interferometri. Denne metode skaber i bund og grund et gigantisk teleskop ved at placere mange antenner rundt om på kloden. Blandt de største elementer i dette netværk er Max Planck Society's 100 meter teleskop i Effelsberg.

Derudover holdet antog, at neutrinoerne opstod under radioudbrud. For at teste denne idé, fysikerne studerede dataene fra det russiske RATAN-600 radioteleskop i Nordkaukasus. Hypotesen viste sig at være meget plausibel på trods af den almindelige antagelse om, at højenergi-neutrinoer formodes at stamme fra sammen med gammastråler.

"Tidligere forskning i højenergi neutrino-oprindelse havde søgt deres kilde lige 'under rampelyset." Vi troede, at vi ville teste en ukonventionel idé, dog med ringe håb om succes. Men vi var heldige " siger Yuri Kovalev fra Lebedev Institute, MIPT, og Max Planck Institute for Radio Astronomy. "Dataene fra mange års observationer på internationale radioteleskoparrays muliggjorde det meget spændende fund, og radiobåndet viste sig at være afgørende for at fastlægge neutrino-oprindelsen."

"Først resultaterne virkede for gode til at være sande, men efter omhyggelig genanalyse af dataene, vi bekræftede, at neutrino-begivenhederne var tydeligt forbundet med de signaler, der blev opfanget af radioteleskoper, " tilføjede Sergey Troitsky fra Institut for Nuklear Forskning i RAS. "Vi kontrollerede den sammenhæng baseret på data fra årelange observationer af RATAN-teleskopet fra RAS Special Astrophysical Observatory, og sandsynligheden for at resultaterne er tilfældige er kun 0,2 %. Dette er en stor succes for neutrino-astrofysik, og vores opdagelse kræver nu teoretiske forklaringer."

Holdet har til hensigt at gentjekke resultaterne og finde ud af mekanismen bag neutrino-oprindelsen i kvasarer ved hjælp af data fra Baikal-GVD, en undervands neutrino-detektor i Baikal-søen, som er i slutfasen af ​​byggeriet og allerede delvist i drift. De såkaldte Cherenkov-detektorer, bruges til at spotte neutrinoer – inklusive IceCube og Baikal-GVD – stole på en stor masse vand eller is som et middel til både at maksimere antallet af neutrinohændelser og forhindre sensorerne i at affyre utilsigtet. Selvfølgelig, fortsatte observationer af fjerne galakser med radioteleskoper er lige så afgørende for denne opgave.