High-Energy 'Ghost Particle' sporet til fjern galakse i astronomi gennembrud

Neutrino-accelererende Blazar

En kunstners illustration af en blazar som den, der for nylig viste sig at accelerere neutrinoer og kosmiske stråler til enorme hastigheder. Det supermassive sorte hul i midten af ​​akkretionsskiven sender en smal højenergistråle af stof ud i rummet vinkelret på disken. (Billedkredit: DESY, Science Communication Lab)



Astronomer har sporet en neutrino med høj energi til sin kosmiske kilde for første gang nogensinde og løste et århundredgammelt mysterium i processen.



Neutrinoer er næsten masseløse subatomære partikler, der ikke har nogen elektrisk ladning og derfor interagerer sjældent med deres omgivelser. Faktisk strømmer billioner af disse 'spøgelsespartikler' gennem din krop ubemærket og uhindret hvert sekund.

De fleste af disse neutrinoer kommer fra solen. Men en lille procentdel, der kan prale af ekstremt høje energier, er skudt i skovens hals fra meget dybt rum. Neutrinos iboende undvigelse har forhindret astronomer i at fastslå oprindelsen af ​​sådanne kosmiske vandrere - indtil nu. [ Sporing af en Neutrino til dens kilde: Opdagelsen i billeder ]



Observationer af IceCube Neutrino Observatory på Sydpolen og et væld af andre instrumenter tillod forskere at spore en kosmisk neutrino til en fjern blazar, en enorm elliptisk galakse med et hurtigt snurrende supermassivt sort hul i hjertet.

Og der er mere. Kosmiske neutrinoer går hånd i hånd med kosmiske stråler, stærkt energiske ladede partikler, der løbende slår ind i vores planet. Så de nye finder pinde blazarer som acceleratorer for i det mindste nogle af de hurtigste kosmiske stråler også.

Astronomer har spekuleret over dette siden kosmiske stråler blev først opdaget, helt tilbage i 1912. Men de er blevet forpurret af partiklernes ladede natur, som dikterer, at kosmiske stråler bliver trukket på denne måde, og det af forskellige objekter, når de zoomer gennem rummet. Succes kom endelig fra at bruge den lineære rejse af en medrejsende spøgelsespartikel.



'Vi har ledt efter kilderne til kosmiske stråler i mere end et århundrede, og vi fandt endelig en , Siger Francis Halzen, forsker ved IceCube Neutrino Observatory og professor i fysik ved University of Wisconsin-Madison, til demokratija.eu. [ Wacky Physics: De sejeste små partikler i naturen ]

I denne kunstner

I denne kunstners illustration, baseret på et ægte billede af IceCube -laboratoriet på Sydpolen, udsender en fjern kilde neutrinoer, der registreres under isen af ​​IceCube -sensorer.(Billedkredit: IceCube/NSF)

En holdindsats



IceCube, som administreres af U.S.National Science Foundation (NSF), er en dedikeret neutrinojæger. Anlægget består af 86 kabler, der ligger inde i boringer, der strækker sig omkring 2,5 kilometer ind i Antarktis -isen. Hvert kabel rummer til gengæld 60 digitale optiske moduler i basketballstørrelse, som er udstyret med følsomme lysdetektorer.

Disse detektorer er designet til at opfange det karakteristiske blå lys, der udsendes efter, at en neutrino interagerer med en atomkerne. (Dette lys slynges af en sekundær partikel, der er skabt af interaktionen. Og i tilfælde af at du undrede dig over: Alt den overliggende is forhindrer andre partikler end neutrinoer i at nå detektorerne og tilsmudse dataene.) Det er sjældne hændelser; IceCube opdager blot et par hundrede neutrinoer om året, sagde Halzen.

Anlægget har allerede ydet store bidrag til astronomi. I 2013 foretog IceCube for eksempel den første nogensinde bekræftelse af neutrinoer uden for Mælkevejen. Forskere var ikke i stand til at fastslå kilden til disse højenergi spøgelsespartikler på det tidspunkt.

Den 22. september 2017 hentede IceCube imidlertid endnu en kosmisk neutrino. Det var ekstremt energisk og pakkede omkring 300 teraelektron volt - næsten 50 gange større end energien fra protonerne, der cyklede gennem Jordens mest kraftfulde partikelaccelerator, Stor Hadron Collider .

Inden for 1 minut efter opdagelsen udsendte anlægget en automatisk meddelelse, der advarede andre astronomer om fundet og videresendte koordinater til den himmel, der syntes at rumme partikelens kilde.

Samfundet reagerede: Næsten 20 teleskoper på jorden og i rummet skurede den plaster hen over det elektromagnetiske spektrum, fra lavenergiradiobølger til gammarenergier med høj energi. De kombinerede observationer spores neutrinoens oprindelse til et allerede kendt blazar kaldet TXS 0506+056, som ligger omkring 4 milliarder lysår fra Jorden.

F.eks. Afslørede opfølgningsobservationer af flere forskellige instrumenter-herunder NASAs Jord-kredsende Fermi Gamma-ray-teleskop og Major Atmospheric Gamma Imaging Cherenkov Telescope (MAGIC) på De Kanariske Øer-et kraftigt udbrud af gammastråler, der blusser fra TXS 0506+056. [Gamma-Ray Universe: Fotos af NASAs Fermi-rumteleskop]

IceCube -teamet gennemgik også sine arkivdata og fandt mere end et dusin andre kosmiske neutrinoer, der syntes at komme fra den samme blazar. Disse yderligere partikler blev opsamlet af detektorerne fra slutningen af ​​2014 til begyndelsen af ​​2015.

'Alle brikkerne passer sammen,' sagde Albrecht Karle, en senior IceCube-forsker og UW-Madison fysikprofessor, i en erklæring. 'Neutrino -opblussen i vores arkivdata blev uafhængig bekræftelse. Sammen med observationer fra de andre observatorier er det overbevisende bevis for, at denne blazar er en kilde til ekstremt energiske neutrinoer, og dermed kosmiske stråler med høj energi . '

Resultaterne er rapporteret i to nye undersøgelser offentliggjort online i dag (12. juli) i tidsskriftet Science. Du kan finde dem her og her .

Multimessenger -astrofysik stiger

Blazars er en særlig type superluminøs aktiv galakse, der sprænger to lysstråler og partikler ud, hvoraf den ene er rettet direkte mod Jorden. (Det er delvis derfor, at blazarer fremstår så lyse for os - fordi vi er i linjen med jetfyr.)

Astronomer har identificeret flere tusinde blazarer i hele universet, hvoraf ingen endnu har vist sig at være slyngende neutrinoer på os som TXS 0506+056 er.

'Der er noget særligt ved denne kilde, og vi skal finde ud af, hvad det er,' sagde Halzen til demokratija.eu.

Det er bare et af mange spørgsmål, som de nye resultater rejser. For eksempel vil Halzen også gerne kende accelerationsmekanismen: Hvordan får blazarer præcist neutrinoer og kosmiske stråler op til så enorme hastigheder?

Halzen udtrykte optimisme med hensyn til at besvare sådanne spørgsmål i den relativt nær fremtid og henviste til kraften i 'multimessenger astrofysik' - brugen af ​​mindst to forskellige typer signaler til at forhøre kosmos - vist i de to nye undersøgelser.

Neutrino -opdagelsen følger tæt på hælene på et andet vartegn for flere messenger: I oktober 2017 meddelte forskere, at de havde analyseret en kollision mellem to superdense neutronstjerner ved at observere både den elektromagnetiske stråling og gravitationsbølger udsendt under den dramatiske begivenhed.

'Tiden med multimessenger -astrofysik er her,' sagde NSF -direktør France Cordova i samme erklæring. 'Hver budbringer - fra elektromagnetisk stråling, gravitationsbølger og nu neutrinoer - giver os en mere fuldstændig forståelse af universet og vigtig ny indsigt i de mest kraftfulde objekter og begivenheder på himlen.'

Følg Mike Wall på Twitter @michaeldwall og Google+ . Følg os @Spacedotcom , Facebook eller Google+ . Oprindeligt udgivet den demokratija.eu .