Opdagelse af en kosmisk strålekilde er en triumf for 'Multimessenger Astronomy'

Blazar -sprængningsneutrinoer

En blazar accelererer protoner (den gule p) til energiniveauerne i kosmiske stråler og starter en kompleks kvantekaskade, der også frigiver gammastråler (magenta) og neutrinoer (blå), som følger lige stier gennem rummet. Den koblede påvisning af disse to partikler gjorde det muligt for astronomer at identificere blazaren som en kilde til kosmiske stråler. (Billedkredit: IceCube/NASA)



Kosmiske stråler rejser til Jorden med relativistiske hastigheder fra dybt rum, men deres oprindelse har undret astronomer i over et århundrede. I går (12. juli) meddelte et internationalt team af forskere, at de havde sporet en tilhørende partikel tilbage til dens oprindelse , der for første gang afslører en kilde til kosmiske stråler.



Opdagelsen er en triumf af multimessenger -astronomi , hvor forskere bruger flere typer signaler-i dette tilfælde elektromagnetiske bølger og spøgelseslignende partikler kendt som neutrinoer-til at undersøge kosmologiske spørgsmål, der er umulige at besvare den gammeldags (en-besked) måde.

Multimessenger-astronomiens æra begyndte i oktober 2017, da forskere meddelte, at de havde observeret gravitationsbølger og lys udsendt af en par fusionerende neutronstjerner . Og tendensen fortsætter med den nye opdagelse. [ Sporing af en Neutrino til dens kilde: Opdagelsen i billeder ]



'I dag er vi virkelig begejstrede for at kunne fortælle [at] nu ved vi noget om kosmiske acceleratorer ved fælles påvisning af neutrinoer og gammastråler,' sagde Regina Caputo, der arbejder på NASAs Fermi Gamma-ray Space Telescope, under et pressemøde i går.

Astronomer har længe søgt evnen til at syntetisere flere typer signaler. På pressemødet mindede astrofysikeren Razmik Mirzoyan fra Max Planck Institute for Physics i München, Tyskland, om diskussioner med sine kolleger for årtier siden.

'De sagde:' Engang i fremtiden bliver det måske muligt at måle kilder ikke kun på tværs af det elektromagnetiske spektrum, men også ... med jordbaserede instrumenter [detekterer] neutrinoer, 'sagde Mirzoyan. 'Og jeg er meget glad, for i dag er det ved at blive virkelighed.'



Et kosmisk mysterium

Allerede i 1780'erne bemærkede den franske fysiker Charles-Augustin de Coulomb, at ladede partikler neutraliserede den elektriske ladning af nogle af hans eksperimenter. I 1912 demonstrerede den østrigske videnskabsmand Victor Hess først, at disse partikler ankom fra rummet. Han brugte en luftballon til at tage en detektor højt på himlen, hvor han snart observerede næsten tre gange så meget ioniserende stråling som ved jorden. Dette indikerede, at de mystiske partikler kom ovenfra.

Det ved vi nu kosmiske stråler består af forskellige subatomære partikler: negativt ladede elektroner og positivt ladede protoner og atomkerner. Nogle kosmiske stråler har energier, der langt overgår, hvad vi kan opnå, selv i vores største partikelacceleratorer. Meget få fænomener i universet kan accelerere partikler til disse hastigheder, hvilket ganske enkelt øger fænomenets mysterium.

Kvintillioner af kosmiske stråler bombarderer Jorden fra rummet hvert sekund. Men det er næsten umuligt at spore disse atomfragmenters veje tilbage til deres kilder. De fleste af dem smadrer ind i atomer i den øvre atmosfære og skaber en kaskade af sekundære partikler, der regner ned til overfladen fra forskellige retninger. Hvad mere er, de fleste kosmiske stråler bærer en elektrisk ladning, hvilket betyder at deres vej ændres hver gang de støder på et magnetfelt. Og rummet er fyldt med magnetfelter, fra vores egen planets relativt svage magnetosfære til kraftige magnetiske hvirvler genereret af magnetarer.



Udfordringen med at spore kosmiske stråler er netop den type problem, som multimessenger -astronomi kan tackle mest frugtbart. Ved at erkende grænserne for kosmisk stråledetektion kunne astronomer flytte deres energi mod en anden informationskilde.

Multimessenger -astronomi indebærer at syntetisere information fra flere kilder. Astronomer kan i øjeblikket indsamle data fra disse fire budbringere. Her står gammastråler ind for hele det elektromagnetiske spektrum, der spænder over radiobølger, gennem optisk lys, til gammastråler.

Multimessenger -astronomi indebærer at syntetisere information fra flere kilder. Astronomer kan i øjeblikket indsamle data fra disse fire budbringere. Her står gammastråler ind for hele det elektromagnetiske spektrum, der spænder over radiobølger, gennem optisk lys, til gammastråler.(Billedkredit: IceCube Collaboration)

Neutrinos: Tavse budbringere

Neutrinoer regner også ned på Jorden i forbløffende antal hvert sekund. Disse ulige partikler, der ikke har nogen elektrisk ladning og er næsten masseløse, kan passere gennem hele galakser uden interaktion. Når forskere opdager en neutrino, fører dens vej lige tilbage til dens oprindelse.

Dette viste sig at være en velsignelse for astronomer, fordi processer, der fremskynder protoner til energiniveauerne, der ses i kosmiske stråler, vides at generere neutrinoer med høj energi. Dette er netop den type neutrino, IceCube Neutrino Observatory, der ligger ved Amundsen-Scott Sydpolstation, opdaget den 22. september 2017.

Inden for få minutter efter detektion af partiklen advarede IceCube automatisk andre observatorier, som derefter fokuserede deres observationer mod det område, hvor neutrinoen var kommet fra, ifølge en erklæring fra Deutsches Elektronen-Synchrotron , et forskningscenter for partikelacceleratorer i Hamburg, Tyskland.

Aktivitetskaskaden afspejler de bestræbelser, der blev foretaget efter gravitationsbølgedetekteringen sidste år. En hurtig alarm sendt fra en type observatorium-i dette tilfælde en gravitationsbølgedetektor-gjorde det muligt for andre at følge op på observationen på tværs af en lang række forskellige signaler. Begivenhederne førte til den første multimessenger -observation af fusionerende neutronstjerner, som gav et væld af oplysninger om disse superdense himmellegemer. [Lavede en neutronstjernekollision et sort hul? ]

I den nylige opdagelse afslørede elektromagnetiske signaler fra gammastråler til radiobølger, at neutrinoen kom fra et roterende supermassivt sort hul i midten af ​​en galakse cirka 4 milliarder lysår væk. Det er bare sådan, at en af ​​strålerne med højenergipartikler, der skyder væk fra det sorte hul, peger direkte mod Jorden. Astronomer kalder disse objekter blazarer , og selvom de ikke er de mest kraftfulde fænomener i universet, har de bestemt energi til at accelerere en proton til de hastigheder, der ses i kosmiske stråler.

'Det er interessant, at der var en generel konsensus i astrofysikmiljøet om, at blazarer usandsynligt ville være kilder til kosmiske stråler, og her er vi', siger IceCube-forsker Francis Halzen, fysikprofessor ved University of Wisconsin-Madison, sagde i en erklæring . 'Nu har vi identificeret mindst en kilde, der producerer kosmiske stråler med høj energi, fordi det producerer kosmiske neutrinoer.'

Kombination af oplysninger fra forskellige budbringere lover at give forskere endnu mere indsigt i fremtiden.

'Vi har ikke identificeret neutrinoer i forbindelse med gravitationsbølgehændelser, endnu,' sagde Olga Botner, en astrofysiker og tidligere talsmand for IceCube-eksperimentet, under gårsdagens pressemøde. 'Men vi tror, ​​at dette er en opdagelse, der venter på os lige rundt om hjørnet.'

Følg Harrison Tasoff @harrisontasoff . Følg os @Spacedotcom , Facebook og Google+ . Original artikel om demokratija.eu .