Ρώσοι αστροφυσικοί έχουν φτάσει κοντά στο να λύσουν το μυστήριο από πού προέρχονται τα νετρίνα υψηλής ενέργειας στο διάστημα. Η ομάδα συνέκρινε τα δεδομένα για τα άπιαστα σωματίδια που συγκεντρώθηκαν από το παρατηρητήριο νετρίνων της Ανταρκτικής IceCube και για τα μακρά ηλεκτρομαγνητικά κύματα που μετρήθηκαν με ραδιοτηλεσκόπια. Τα κοσμικά νετρίνα αποδείχθηκε ότι συνδέονται με εκλάμψεις στα κέντρα μακρινών ενεργών γαλαξιών, που πιστεύεται ότι φιλοξενούν υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες. Καθώς η ύλη πέφτει προς τη μαύρη τρύπα , μέρος της επιταχύνεται και εκτινάσσεται στο διάστημα, δημιουργώντας νετρίνα που στη συνέχεια περνούν κατά μήκος του σύμπαντος με σχεδόν την ταχύτητα του φωτός.

Η μελέτη δημοσιεύθηκε στις 12 Μαΐου 2020, στο Astrophysical Journal .

Τα νετρίνα είναι μυστηριώδη σωματίδια τόσο μικροσκοπικά που οι ερευνητές δεν γνωρίζουν καν τη μάζα τους. Περνούν αβίαστα μέσα από αντικείμενα, ανθρώπους, ακόμα και ολόκληρους πλανήτες. Τα νετρίνα υψηλής ενέργειας δημιουργούνται όταν τα πρωτόνια επιταχύνονται σχεδόν με την ταχύτητα του φωτός.

Οι Ρώσοι αστροφυσικοί εστίασαν στην προέλευση των νετρίνων εξαιρετικά υψηλής ενέργειας, στα 200 τρισεκατομμύρια ηλεκτρον βολτ ή περισσότερο. Η ομάδα συνέκρινε τις μετρήσεις της εγκατάστασης IceCube, που ήταν θαμμένο στον πάγο της Ανταρκτικής, με μεγάλο αριθμό ραδιοπαρατηρήσεων. Τα άπιαστα σωματίδια βρέθηκαν να αναδύονται κατά τη διάρκεια εκλάμψεων ραδιοσυχνοτήτων στα κέντρα των κβάζαρ.

Τα κβάζαρ είναι πηγές ακτινοβολίας στα κέντρα ορισμένων γαλαξιών. Αποτελούνται από μια τεράστια μαύρη τρύπα που καταναλώνει ύλη που επιπλέει σε έναν δίσκο γύρω της και εκτοξεύει εξαιρετικά ισχυρούς πίδακες υπερθερμού αερίου.

«Τα ευρήματά μας δείχνουν ότι τα νετρίνα υψηλής ενέργειας γεννιούνται σε ενεργούς γαλαξιακούς πυρήνες, ιδιαίτερα κατά τη διάρκεια ραδιοεκλάμψεων. Δεδομένου ότι τόσο τα νετρίνα όσο και τα ραδιοκύματα ταξιδεύουν με την ταχύτητα του φωτός, φτάνουν στη Γη ταυτόχρονα», δήλωσε ο πρώτος συγγραφέας της μελέτης Alexander Plavin.

Ο Plavin είναι Ph.D. φοιτητής στο Φυσικό Ινστιτούτο Lebedev της Ρωσικής Ακαδημίας Επιστημών (RAS) και στο Ινστιτούτο Φυσικής και Τεχνολογίας της Μόσχας. Ως εκ τούτου, είναι ένας από τους λίγους νέους ερευνητές που έλαβαν αποτελέσματα αυτού του διαμετρήματος στην αρχή της επιστημονικής τους σταδιοδρομίας.

Τα νετρίνα προέρχονται από εκεί που κανείς δεν περίμενε
Μετά την ανάλυση περίπου 50 γεγονότων νετρίνων που ανιχνεύθηκαν από το IceCube, η ομάδα έδειξε ότι αυτά τα σωματίδια προέρχονται από φωτεινά κβάζαρ που φαίνονται από ένα δίκτυο ραδιοτηλεσκοπίων σε όλο τον πλανήτη. Το δίκτυο χρησιμοποιεί την πιο ακριβή μέθοδο παρατήρησης απομακρυσμένων αντικειμένων στη ζώνη ραδιοφώνου: πολύ μεγάλη συμβολομετρία βασικής γραμμής. Αυτή η μέθοδος επιτρέπει τη «συναρμολόγηση» ενός γιγαντιαίου τηλεσκοπίου τοποθετώντας πολλές κεραίες σε όλο τον κόσμο. Ανάμεσα στα μεγαλύτερα στοιχεία αυτού του δικτύου είναι το τηλεσκόπιο 100 μέτρων της Εταιρείας Max Planck στο Έφελσμπεργκ.

Επιπλέον, η ομάδα υπέθεσε ότι τα νετρίνα εμφανίστηκαν κατά τη διάρκεια ραδιοφωνικών εκλάμψεων. Για να δοκιμάσουν αυτή την ιδέα, οι φυσικοί μελέτησαν τα δεδομένα του ρωσικού ραδιοτηλεσκοπίου RATAN-600 στον Βόρειο Καύκασο. Η υπόθεση αποδείχθηκε εξαιρετικά εύλογη παρά την κοινή υπόθεση ότι τα νετρίνα υψηλής ενέργειας υποτίθεται ότι προέρχονται μαζί με τις ακτίνες γάμμα.

«Προηγούμενη έρευνα σχετικά με την προέλευση των νετρίνων υψηλής ενέργειας είχε αναζητήσει την πηγή τους ακριβώς «κάτω από τα φώτα της δημοσιότητας». Σκεφτήκαμε ότι θα δοκιμάσαμε μια αντισυμβατική ιδέα, με λίγες ελπίδες επιτυχίας. Αλλά σταθήκαμε τυχεροί!» Ο Yuri Kovalev από το Ινστιτούτο Lebedev, MIPT και το Ινστιτούτο Max Planck για τη Ραδιοαστρονομία σχολίασαν. «Τα δεδομένα από πολυετείς παρατηρήσεις σε διεθνείς συστοιχίες ραδιοτηλεσκοπίων επέτρεψαν αυτό το πολύ συναρπαστικό εύρημα και η ραδιοφωνική ζώνη αποδείχθηκε κρίσιμη για τον προσδιορισμό της προέλευσης των νετρίνων».

«Στην αρχή τα αποτελέσματα φαινόταν «πολύ καλά» για να είναι αληθινά, αλλά μετά από προσεκτική ανάλυση των δεδομένων, επιβεβαιώσαμε ότι τα γεγονότα των νετρίνων συνδέονταν σαφώς με τα σήματα που ελήφθησαν από τα ραδιοτηλεσκόπια», δήλωσε ο Sergey Troitsky από το Ινστιτούτο Πυρηνικής Έρευνας της RAS. προστέθηκε. «Ελέγξαμε αυτή τη συσχέτιση με βάση τα δεδομένα πολυετών παρατηρήσεων του τηλεσκοπίου RATAN του Ειδικού Αστροφυσικού Παρατηρητηρίου RAS και η πιθανότητα τα αποτελέσματα να είναι τυχαία είναι μόνο 0,2%. Αυτό είναι μια μεγάλη επιτυχία για την αστροφυσική των νετρίνων και η ανακάλυψή μας απαιτεί τώρα θεωρητικές εξηγήσεις».

Η ομάδα σκοπεύει να ελέγξει εκ νέου τα ευρήματα και να ανακαλύψει τον μηχανισμό πίσω από την προέλευση των νετρίνων στα κβάζαρ χρησιμοποιώντας τα δεδομένα από το Baikal-GVD, έναν υποβρύχιο ανιχνευτή νετρίνων στη λίμνη Βαϊκάλη, ο οποίος βρίσκεται στα τελικά στάδια κατασκευής και ήδη εν μέρει λειτουργεί. Οι λεγόμενοι ανιχνευτές Cherenkov, που χρησιμοποιούνται για τον εντοπισμό νετρίνων – συμπεριλαμβανομένων των IceCube και Baikal-GVD – βασίζονται σε μια μεγάλη μάζα νερού ή πάγου ως μέσο μεγιστοποίησης του αριθμού των γεγονότων νετρίνων και αποτροπής της τυχαίας πυροδότησης των αισθητήρων. Φυσικά, οι συνεχείς παρατηρήσεις μακρινών γαλαξιών με ραδιοτηλεσκόπια είναι εξίσου κρίσιμες για αυτό το έργο.

photo: pixabay