Η παρατήρηση ενός νετρίνου δείχνει μια πηγή κοσμικών ακτίνων υψηλής ενέργειας βοηθώντας στην απάντηση ενός παλιού ερωτήματος

Από Egno Editorial στις 12 Ιουλίου 2018

Είχαμε ακούσει για τη νέα εποχή της αστρονομίας των πολλαπλών αγγελιοφόρων, όταν παρατηρήθηκε το φαινόμενο της συγχώνευσης δυο άστρων νετρονίων τόσο από τους ανιχνευτές βαρυτικών κυμάτων (LIGO και Virgo), όσο και από ένα πλήθος τηλεσκοπίων και ανιχνευτών ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας σε όλο τον πλανήτη (παρουσίαση στο egno.gr εργασίας της ομάδας του καθηγητή Ν. Στεργιούλα, Τμήμα Φυσικής του ΑΠΘ). Αρκετούς μήνες πριν στο egno.gr αναρτήθηκε άρθρο της Maura McLaughlin (Department of Physics and Astronomy, West Virginia University) στο οποίο αναφερόταν ότι μπήκαμε πλέον στη νέα εποχή της αστρονομίας των πολλών μαντατοφόρων, με αναφορά στην παρατήρηση μια πηγής μέσω τόσο των βαρυτικών κυμάτων όσο και των φωτονίων. Σήμερα, 12 Ιουνίου 2018, μπορούμε να προσθέσουμε και επίσημα μαζί με τους προηγούμενους μαντατοφόρους και έναν ακόμη: το νετρίνο.

«Η εποχή της αστροφυσικής των πολλών μαντατοφόρων είναι εδώ», δηλώνει η Διευθύντρια του NSF (National Science Foundation) France A. Córdova. «Κάθε μαντατοφόρος – από την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, τα βαρυτικά κύματα και τώρα τα νετρίνα – μας δίνει μια πιο πλήρη αντίληψη του σύμπαντος και σημαντική νέα γνώση για τα πιο ισχυρά αντικείμενα και γεγονότα στον ουρανό. Τέτοιες σημαντικές ανακαλύψεις είναι δυνατέ μόνο μέσω μιας μακροπρόθεσμης δέσμευσης για θεμελιώδη έρευνα και επένδυση σε εξαίρετες ερευνητικές εγκαταστάσεις».

Όπως ανακοινώθηκε, οι παρατηρήσεις που έγιναν από ερευνητές με τη χρήση του ανιχνευτή του NSF στο Νότιο Πόλο και επιβεβαιώθηκαν τόσο από επίγεια όσο και από διαστημικά τηλεσκόπια παρήγαγαν τις πρώτες αποδείξεις μιας πηγής κοσμικών νετρίνων υψηλής ενέργειας. Οι πιο πρόσφατες παρατηρήσεις έγιναν στον IceCube του NSF 22 Σεπτεμβρίου 2017, ήταν τότε που η διεθνής ομάδα των ερευνητών εντόπισε τη διαδρομή ενός μόνο νετρίνου από ένα γνωστό από πριν αλλά λίγο μελετημένο blazar, τον πυρήνα ενός γιγάντιου γαλαξία – 4 δισεκατομμύρια έτη φωτός από τη Γη – που στέλνει σωμάτια σε μεγάλης μάζας πίδακες στοιχειωδών σωματίων, τροφοδοτούμενους από μια υπερμεγέθη μαύρη τρύπα στο κέντρο του. Οι αστρονόμοι προσδιόρισαν αυτό το blazar ως TXS 0506+056. Τα στοιχεία για την παρατήρηση της πρώτης γνωστής πηγής νετρίνων υψηλής ενέργειας και κοσμικών ακτίνων θεωρήθηκαν από τους ειδικούς αδιαμφισβήτητα.

Αυτό το υποατομικό σωμάτιο-φάντασμα μπορεί να κινηθεί ανεμπόδιστο για δισεκατομμύρια έτη φωτός, ταξιδεύοντας προς τη Γη από κάποια από τα πλέον ακραία περιβάλλοντα του σύμπαντος. Τα δεδομένα που συλλέχθηκαν από τον μεγαλύτερο ανιχνευτή νετρονίων του κόσμου, το IceCube Neutrino Observatory του NSF, στο Σταθμό Amundsen-Scott του Νότιου Πόλου στην Ανταρκτική, απαντούν σε έναν – για περισσότερο από ένα αιώνα παλιό – γρίφο, σχετικά με την προέλευση των υψηλής ενέργειας κοσμικών ακτίνων.

Εξοπλισμένο με ένα σχετικά νέο σύστημα ειδοποίησης – που ενεργοποιείται όταν νετρίνα πολύ υψηλών ενεργειών κτυπήσουν ένα ατομικό πυρήνα μέσα ή κοντά στον ανιχνευτή IceCube – το παρατηρητήριο στέλνει τις συντεταγμένες σε τηλεσκόπια σε όλο τον πλανήτη σε λιγότερο από ένα λεπτό μετά την ανίχνευση για συμπληρωματικές (follow-up) παρατηρήσεις. Δυο τηλεσκόπια ακτίνων-γ, το Διαστημικό Τηλεσκόπιο Ακτίνων-γ, Fermi της NASA – που είχε ήδη παρατηρήσει αυξημένη δραστηριότητα ακτίνων-γ από τη κατεύθυνση του blazar κατά τη διάρκεια της κανονικής σάρωσης όλου του ουρανού κάθε τρεις ώρες – και τα Τηλεσκόπια MAGIC (Major Atmospheric Gamma Imaging Cherenkov) στα Κανάρια Νησιά, στόχευσαν στη κατεύθυνση που τους είχε δώσει το IceCube του NSF. Ανίχνευσαν μια λάμψη υψηλής ενέργειας ακτίνων-γ που συνδέονταν με τον TXS 0506+056. Η σύγκλιση των παρατηρήσεων των πολλών μαντατοφόρων προσδιόρισε το blazar ως την πηγή.

Οι παρατηρήσεις αποδεικνύουν ότι ο TXS 056+056 είναι μεταξύ των πιο φωτεινών πηγών στο γνωστό σύμπαν και έτσι συμβάλλουν στη υποστήριξη για μια παρατήρηση πολλών μαντατοφόρων μιας κοσμικής μηχανής αρκετά ισχυρής για να επιταχύνει υψηλής ενέργειας κοσμικές ακτίνες και να παράγει τα νετρίνα που συνδέονται με αυτές. Ένα από αυτά τα νετρίνα, από τα πολλά εκατομμύρια που περνούν μέσω του πάγου της Ανταρκτικής, «συνελήφθη» από τον IceCube του NSF 22 Σεπτεμβρίου. Ακολουθώντας την ανίχνευση της 22ας Σεπτεμβρίου, η ομάδα του IceCube ταχύτατα χτένισε τα δεδομένα αρχείου του ανιχνευτή και ανακάλυψε μια έκλαμψη νετρίνων από το Δεκέμβριο του 2014, που συμπίπτει με το ίδιο blazar, TXS 0506+056.

Η ανεξάρτητη αυτή παρατήρηση ενισχύει ιδιαίτερα την αρχική ανίχνευση του ενός, υψηλής ενέργειας νετρίνου και προσθέτει στοιχεία σε ένα αυξανόμενο σώμα δεδομένων που δείχνει ότι το blazar είναι η πρώτη γνωστή πηγή νετρίνων υψηλής ενέργειας και υψηλής ενέργειας κοσμικών ακτίνων.

Το video που ακολουθεί αναφέρεται στην ανακοίνωση της σημαντικής ανακάλυψης: