Astronomové vůbec poprvé vystopovali vysokoenergetické neutrino až k jeho vesmírnému zdroji a vyřešili tak sto let starou záhadu.

Neutrina jsou téměř bezhmotné subatomární částice, které nemají elektrický náboj, a proto jen zřídka interagují se svým okolím. Ve skutečnosti triliony těchto „částic duchů“ proudí každou sekundu nepozorovaně a nerušeně vaším tělem.

Většina těchto neutrin pochází ze Slunce. Ale malé procento, které se pyšní extrémně vysokou energií, k nám raketově dorazilo z velmi hlubokého vesmíru. Přirozená neuchopitelnost neutrin bránila astronomům určit původ těchto vesmírných poutníků – až doposud.

Pozorování pomocí neutrinové observatoře IceCube na jižním pólu a řady dalších přístrojů umožnila vědcům vystopovat jedno kosmické neutrino až ke vzdálenému blazaru, obrovské eliptické galaxii s rychle rotující supermasivní černou dírou v jejím srdci.

A je toho víc. Kosmická neutrina jdou ruku v ruce s kosmickým zářením, vysoce energetickými nabitými částicemi, které neustále narážejí do naší planety. Nový objev tak blazary označuje za urychlovače přinejmenším některých z nejrychleji se pohybujících kosmických paprsků.

Astronomové si s tím lámou hlavu už od prvního objevu kosmického záření v roce 1912. Jejich snaha však byla zmařena nabitou povahou těchto částic, která diktuje, že kosmické paprsky jsou při svém pohybu vesmírem přetahovány různými objekty sem a tam. Úspěch nakonec přineslo využití přímočaré cesty spolucestující částice ducha.

„Po zdrojích kosmického záření jsme pátrali více než sto let a konečně jsme jeden našli,“ řekl serveru Space.com Francis Halzen, vedoucí vědecký pracovník neutrinové observatoře IceCube a profesor fyziky na Wisconsin-Madisonské univerzitě.

Týmové úsilí

IceCube, kterou spravuje americká Národní vědecká nadace (NSF), je specializovaným lovcem neutrin. Zařízení se skládá z 86 kabelů, které se uhnízdily ve vrtech sahajících asi 1,5 míle (2,5 km) do antarktického ledu. Na každém kabelu je umístěno 60 „digitálních optických modulů“ velikosti basketbalového míče, které jsou vybaveny citlivými detektory světla.

Tyto detektory jsou navrženy tak, aby zachytily charakteristické modré světlo vyzařované po interakci neutrina s atomovým jádrem. (Toto světlo je vyvrženo sekundární částicí vzniklou při interakci. A pokud by vás to zajímalo: Všechen ten pokryvný led zabraňuje tomu, aby se do detektorů dostaly jiné částice než neutrina a znečistily data.) Jedná se o vzácné události; IceCube zachytí jen několik stovek neutrin ročně, řekl Halzen.

Zařízení již významně přispělo k rozvoji astronomie. Například v roce 2013 IceCube poprvé v historii potvrdila detekci neutrin z oblasti mimo galaxii Mléčná dráha. Vědci tehdy nebyli schopni určit zdroj těchto vysokoenergetických duchovních částic.

22. září 2017 však IceCube zachytila další kosmické neutrino. Bylo extrémně energetické, mělo přibližně 300 teraelektronvoltů, což je téměř 50krát více, než je energie protonů, které cyklicky procházejí nejvýkonnějším urychlovačem částic na Zemi, Velkým hadronovým urychlovačem.

Za 1 minutu po detekci zařízení rozeslalo automatické oznámení, v němž upozornilo ostatní astronomy na nález a předalo souřadnice kousku oblohy, kde se zřejmě nachází zdroj částice.

Komunita zareagovala: Téměř 20 pozemních i vesmírných teleskopů prozkoumalo tuto skvrnu v celém elektromagnetickém spektru, od nízkoenergetických rádiových vln až po vysokoenergetické gama záření. Kombinovaná pozorování vystopovala původ neutrina k již známému blazaru s názvem TXS 0506+056, který leží asi 4 miliardy světelných let od Země.

Například následná pozorování několika různých přístrojů – včetně kosmického dalekohledu NASA Fermi Gamma-ray Space Telescope na oběžné dráze Země a dalekohledu MAGIC (Major Atmospheric Gamma Imaging Cherenkov Telescope) na Kanárských ostrovech – odhalila silný záblesk gama záření vycházejícího z TXS 0506+056.

Tým IceCube rovněž prošel svá archivní data a našel více než tucet dalších kosmických neutrin, která zřejmě pocházejí ze stejného blazaru. Tyto další částice zachytily detektory od konce roku 2014 do začátku roku 2015.

„Všechny kousky do sebe zapadají,“ uvedl Albrecht Karle, vedoucí vědecký pracovník IceCube a profesor fyziky na UW-Madison. „Neutrinový záblesk v našich archivních datech se stal nezávislým potvrzením. Spolu s pozorováními z ostatních observatoří jde o přesvědčivý důkaz, že tento blazar je zdrojem extrémně energetických neutrin, a tedy i vysokoenergetického kosmického záření.“

Zjištění jsou uvedena ve dvou nových studiích, které byly dnes (12. července) publikovány online v časopise Science. Najdete je zde a zde.

Multimessengerová astrofyzika na vzestupu

Blazary jsou zvláštním typem supersvítivých aktivních galaxií, které vystřelují dvojité proudy světla a částic, z nichž jeden míří přímo na Zemi. (To je částečně důvod, proč se nám blazary jeví tak jasné – protože jsme v linii palby trysek.)

Astronomové identifikovali několik tisíc blazarů v celém vesmíru, ale u žádného z nich se zatím nepodařilo zjistit, že by na nás vysílal neutrina jako TXS 0506+056.

„Na tomto zdroji je něco zvláštního a my musíme zjistit, co to je,“ řekl Halzen pro Space.com.

To je jen jedna z mnoha otázek, které nové výsledky vyvolávají. Halzen by například také rád znal mechanismus urychlování: Jak přesně blazary dostávají neutrina a kosmické záření do tak obrovských rychlostí?

Halzen vyjádřil optimismus ohledně zodpovězení takových otázek v relativně blízké budoucnosti, přičemž se odvolal na sílu „vícesměrové astrofyziky“ – využití nejméně dvou různých typů signálů k dotazování vesmíru -, která se projevila v obou nových studiích.

Objev neutrin těsně následuje další vícesměrový mezník: V říjnu 2017 vědci oznámili, že analyzovali srážku dvou superhustých neutronových hvězd pozorováním elektromagnetického záření i gravitačních vln vyzařovaných během této dramatické události.

„Éra multimessengerové astrofyziky je tady,“ uvedl ve stejném prohlášení ředitel NSF France Cordova. „Každý posel – od elektromagnetického záření, gravitačních vln a nyní i neutrin – nám poskytuje úplnější pochopení vesmíru a nové důležité poznatky o nejsilnějších objektech a událostech na obloze.“

Sledujte Mikea Walla na Twitteru @michaeldwall a Google+. Sledujte nás na @Spacedotcom, Facebooku nebo Google+. Původně vyšlo na Space.com.

.