A csillagászok most először követtek nyomon egy nagy energiájú neutrínót a kozmikus forrásáig, és ezzel egy évszázados rejtélyt oldottak meg.

A neutrínók csaknem tömeg nélküli szubatomi részecskék, amelyeknek nincs elektromos töltésük, ezért ritkán lépnek kölcsönhatásba a környezetükkel. Valójában ezekből a “szellemrészecskékből” minden másodpercben trilliók áramlanak át a testünkön észrevétlenül és akadálytalanul.

A legtöbb ilyen neutrínó a Napból származik. De egy kis százalékuk, amely rendkívül nagy energiával büszkélkedhet, a nagyon mély űrből rakétázott a mi nyakunkba. A neutrínók eredendő megfoghatatlansága miatt a csillagászok nem tudták meghatározni az ilyen kozmikus vándorok eredetét – egészen mostanáig.

A Déli-sarkon található IceCube Neutrino Obszervatórium és számos más műszer megfigyelései lehetővé tették a kutatók számára, hogy egy kozmikus neutrínót egy távoli blazarhoz, egy hatalmas elliptikus galaxishoz kövessenek, amelynek szívében egy gyorsan forgó szupermasszív fekete lyuk található.

És ez még nem minden. A kozmikus neutrínók kéz a kézben járnak a kozmikus sugárzással, a nagy energiájú töltött részecskékkel, amelyek folyamatosan becsapódnak a bolygónkba. Az új felfedezés szerint tehát a blazárok a leggyorsabban mozgó kozmikus sugarak legalább egy részének gyorsítói is lehetnek.

A csillagászok már a kozmikus sugárzás felfedezése óta, még 1912 óta gondolkodnak ezen. De a részecskék töltött természete meghiúsította őket, ami azt diktálja, hogy a kozmikus sugarakat a különböző objektumok ide-oda rángatják, miközben száguldanak az űrben. A sikert végül egy útitárs szellemrészecske egyenes vonalú útjának felhasználásával érték el.

“Több mint egy évszázada keressük a kozmikus sugárzás forrásait, és végre találtunk egyet” – mondta Francis Halzen, az IceCube Neutrino Obszervatórium vezető tudósa, a Wisconsin-Madison Egyetem fizikaprofesszora a Space.com-nak.

Egy csapatmunka

A Jégkocka, amelyet az amerikai Nemzeti Tudományos Alapítvány (NSF) irányít, elkötelezett neutrínóvadász. A létesítmény 86 kábelből áll, amelyek az antarktiszi jégbe mintegy 1,5 mérföld (2,5 kilométer) mélyen benyúló fúrólyukakba fészkelnek. Minden kábelben 60 kosárlabda méretű “digitális optikai modul” található, amelyek érzékeny fénydetektorokkal vannak felszerelve.

Ezeket a detektorokat úgy tervezték, hogy a neutrínó és az atommag kölcsönhatása után kibocsátott jellegzetes kék fényt érzékeljék. (Ezt a fényt a kölcsönhatás során keletkező másodlagos részecske bocsátja ki. És ha esetleg kíváncsiak lennétek: Az a sok jég megakadályozza, hogy a neutrínókon kívül más részecskék is elérjék a detektorokat, és beszennyezzék az adatokat). Ezek ritka események; az IceCube évente mindössze néhány száz neutrínót észlel, mondta Halzen.

A létesítmény már eddig is nagyban hozzájárult a csillagászathoz. 2013-ban például az IceCube a Tejútrendszeren túli neutrínók első megerősített észlelését tette meg. A kutatók akkor még nem tudták pontosan meghatározni e nagyenergiájú szellemrészecskék forrását.

2017. szeptember 22-én azonban az IceCube újabb kozmikus neutrínót észlelt. Rendkívül energikus volt, körülbelül 300 teraelektronvoltot tartalmazott – közel 50-szer nagyobbat, mint a Föld legerősebb részecskegyorsítójában, a Nagy Hadronütköztetőben keringő protonok energiája.

Az észlelést követő 1 percen belül a berendezés automatikus értesítést küldött, amelyben figyelmeztette a többi csillagászt a leletre, és továbbította a részecske forrásának látszó égfolt koordinátáit.

A közösség reagált: Közel 20 földi és űrbeli teleszkóp pásztázta azt a foltot az egész elektromágneses spektrumban, az alacsony energiájú rádióhullámoktól a nagy energiájú gamma-sugarakig. A kombinált megfigyelések a neutrínó eredetét egy már ismert blazárhoz, a TXS 0506+056-hoz vezették vissza, amely mintegy 4 milliárd fényévre van a Földtől.

A több különböző műszer – köztük a NASA Föld körül keringő Fermi Gamma-ray Space Telescope és a Major Atmospheric Gamma Imaging Cherenkov Telescope (MAGIC) a Kanári-szigeteken – által végzett további megfigyelések kimutatták, hogy a TXS 0506+056-ból erős gammasugárzás tört ki.

Az IceCube-csapat átnézte archív adatait is, és több mint egy tucat másik kozmikus neutrínót talált, amelyek látszólag ugyanabból a blazarból származnak. Ezeket a további részecskéket 2014 vége és 2015 eleje között észlelték a detektorok.

“Minden darab összeállt” – mondta Albrecht Karle, az IceCube vezető tudósa és a UW-Madison fizika professzora egy nyilatkozatban. “Az archív adatainkban szereplő neutrínófelvillanás független megerősítés lett. A többi obszervatórium megfigyeléseivel együtt ez meggyőző bizonyíték arra, hogy ez a blazár rendkívül energikus neutrínók, és így nagyenergiájú kozmikus sugárzás forrása.”

Az eredményekről két új tanulmány számol be, amelyek ma (július 12-én) jelentek meg online a Science folyóiratban. Ezeket itt és itt találja.

A multimessenger-asztrofizika fellendülőben

A blaszárok a szuperfényes aktív galaxisok egy különleges típusa, amelyek fényből és részecskékből álló kettős sugárzást lövellnek ki, amelyek közül az egyik közvetlenül a Föld felé irányul. (Részben ezért tűnnek a blazárok olyan fényesnek számunkra – mert a sugárvonalban vagyunk.)

A csillagászok már több ezer blazárt azonosítottak a világegyetemben, de eddig még egyikről sem derült ki, hogy neutrínókat szórna felénk, mint a TXS 0506+056.

“Van valami különleges ebben a forrásban, és ki kell találnunk, hogy mi az” – mondta Halzen a Space.com-nak.

Ez csak egy a sok kérdés közül, amit az új eredmények felvetnek. Halzen például a gyorsulási mechanizmust is szeretné megismerni: pontosan hogyan juttatják a blazárok a neutrínókat és a kozmikus sugárzást ilyen óriási sebességre?

Halzen optimizmusát fejezte ki az ilyen kérdések viszonylag közeli jövőbeni megválaszolásával kapcsolatban, hivatkozva a “multimessenger asztrofizika” erejére – legalább két különböző típusú jelek felhasználása a kozmosz vizsgálatára -, amelyet a két új tanulmányban láthatunk.

A neutrínó felfedezés szorosan követi egy másik multimessenger mérföldkő nyomát: 2017 októberében a kutatók bejelentették, hogy két szupersűrű neutroncsillag ütközését elemezték úgy, hogy a drámai esemény során kibocsátott elektromágneses sugárzást és gravitációs hullámokat is megfigyelték.

“A multimessengeres asztrofizika korszaka elérkezett” – mondta ugyanebben a közleményben France Cordova, az NSF igazgatója. “Minden egyes hírvivő – az elektromágneses sugárzás, a gravitációs hullámok és most a neutrínók – teljesebb képet ad az univerzumról, és fontos új ismereteket nyújt az égbolt leghatalmasabb objektumairól és eseményeiről.”

Kövesse Mike Wallt a Twitteren @michaeldwall és a Google+-on. Kövessen minket @Spacedotcom, Facebook vagy Google+. Eredetileg a Space.com-on jelent meg.