Бұл көркемдік көрсетілімде блазар нионриндер мен гамма сәулелерін шығаратын пиондар шығаратын протондарды жеделдетеді. Нейтриналар әрдайым осы жерде көрсетілгендей адроникалық реакцияның нәтижесі болып табылады. Гамма сәулелері хадрондық және электромагниттік әсерлесулерде де шығарылуы мүмкін. (ICECUBE / NASA)

Ғарыштық бірінші: өте жоғары энергиялы нейтриндер табылды, бүкіл әлем бойынша жанған галактикалардан

1987 жылы біз суперновадан басқа галактикадан нейтриндерді анықтадық. 30 жыл күткеннен кейін біз одан да жақсы нәрсені таптық.

Ғылымдағы үлкен жұмбақтардың бірі - бұл жерде не бар екенін анықтап қана қоймай, біз Жер бетінде анықтайтын сигналдарды жасайтын нәрсе. Бір ғасырдан астам уақыттан бері біз Ғалам арқылы серуендеу ғарыштық сәулелер: біздің галактикамыздан тыс жерлерде пайда болатын жоғары энергия бөлшектер екенін білдік. Бұл бөлшектердің кейбір көздері анықталғанымен, олардың басым көпшілігі, соның ішінде ең жігерлісі де құпия болып қала береді.

Бүгінгі күні мұның бәрі өзгерді. IceCube серіктестігі 2017 жылдың 22 қыркүйегінде Оңтүстік полюске келген ультра жоғары энергиялық нейтрино анықтап, оның көзін анықтай алды. Бірқатар гамма-сәулелік телескоптар сол позицияға қараған кезде олар сигналды ғана көріп қоймай, дәл сол сәтте жанып тұрған блазарды анықтады. Соңында адамзат осы ультра энергетикалық ғарыштық бөлшектерді құратын кем дегенде бір қайнар тапты.

Қара тесіктер материямен қоректенсе, олар аккредиционды дискіні және оған перпендикуляр биполярлы ағын жасайды. Өте үлкен қара шұңқырдан шыққан реактив бізге қарайтын болса, біз оны BL Lacertae нысаны немесе блазар деп атаймыз. Бұл қазір ғарыштық сәулелердің де, жоғары энергиялы нейтриндердің де негізгі көзі болып табылады. (NASA / JPL)

Әлем, біз қайда қарасақ та, қарап, араласатын нәрселерге толы. Зат галактикаларға, жұлдыздарға, планеталарға және тіпті адамдарға жиналады. Радиациялық ағындар бүкіл әлемді қамтиды, бұл бүкіл электромагниттік спектрді қамтиды. Ғарыштың әр текше сантиметрінде нейтринос деп аталатын жүздеген елес, ұсақ масса бөлшектерін табуға болады.

Қалай дегенде де, егер олар біз қалай жұмыс істеуді білетін қалыпты затпен кез-келген белгілі жиілікпен әсерлесетін болса, оларды табуға болады. Оның орнына нейтрино қорғасынның жарық жылынан өтіп, ондағы бөлшекпен соқтығысу үшін 50/50 соққы беру керек еді. 1930 жылы ұсынылғаннан кейін ондаған жылдар бойы біз нейтриноны анықтай алмадық.

РА-6 ядролық эксперименті (Republica Argentina 6), мысалы, суға тезірек түсетін жарық бөлшектерінен Черенковтың сәулеленуін сипаттайды. Паули 1930 жылы алғаш рет гипотеза жасаған нейтринолар (дәлірек айтқанда, антинейтриндер) ұқсас ядролық реактордан 1956 жылы табылған. (CENTRO ATOMICO BARILOCHE, PIECK DARÍO)

1956 жылы біз бірінші рет детекторларды ядролық реакторлардың сыртында, нейтрино өндірілетін жерден біршама алыс жерде орнату арқылы анықтадық. 1960 жылдары біз күн және атмосферамен ғарыштық сәулелер соқтығысуы нәтижесінде пайда болған нейтриноларды табу үшін жеткілікті үлкен детекторларды - жер асты, басқа ластаушы бөлшектерден қорғалған - салдық.

Содан кейін, 1987 жылы, бізге тек серендиптілік, үйге өте жақын жаңа сверхниканы берді, біз одан нейтриндерді анықтай алдық. Бір-бірімен байланысты емес мақсаттарда жүргізілген эксперименттер көп хабар алмасу астрономиясы дәуірінде қалыптасқан SN 1987A-дан алынған нейтриноларды анықтады. Нейтриналар, айтқанымыздай, ғаламды жарық жылдамдығымен ажыратылмайтын энергиямен жүріп өтті.

Үлкен магелландық бұлтта орналасқан, 165,000 жарық жылында орналасқан 1987a свернованың қалдығы. Нейтриндердің алғашқы жарық сигналынан бірнеше сағат бұрын пайда болуы бізге жарықтың жылдамдығымен ерекшеленбейтін нейтриналардың жылдамдығы туралы емес, супернованың жұлдыз қабаттары арқылы таралуы үшін жарықтың ұзақтығы туралы көбірек білді. Нейтриналар, жеңіл және ауырлық қазір барлық жылдамдықпен жүреді. (NOEL CARBONI & ESA / ESO / NASA фотошоп либераторы)

Шамамен 30 жыл бойы сол жаңа жұлдыздардың нейтриносы біздің Күн жүйесінен тыс, үй галактикамыздан әлдеқайда аз болатынын дәлелдеген жалғыз нейтрино болды. Бірақ бұл бізден алыс нейтрино қабылдамады дегенді білдірмейді; бұл біз оларды аспандағы белгілі көздермен толықтай анықтай алмайтынымызды білдірді. Нейтриналар материямен өте әлсіз әрекеттессе де, энергиясы жоғарырақ болса, олар өзара әрекеттеседі.

Мұнда IceCube нейтрино обсерваториясы келеді.

IceCube обсерваториясы, өзінің алғашқы нейтрино обсерваториясы, Антарктида мұзының астынан пайда болатын, қуатты, қуатты бөлшектерді байқауға арналған. (EMANUEL JACOBI, ICECUBE / NSF)

Оңтүстік полюстегі мұзды тереңдікте, IceCube массаға жуық нейтриндерді іздей отырып, текше шақырым қатты материалды қоршайды. Нейтриналар Жер арқылы өткенде, ондағы бөлшекпен әрекеттесу мүмкіндігі болады. Өзара әрекеттесу детекторда қолтаңбалар қалдыруы керек бөлшектердің душына әкеледі.

Бұл суретте нейтрино мұз молекуласымен әрекеттесіп, мұзда релятивистік жылдамдықпен қозғалатын екінші бөлшек - муонды шығарады, оның артында көгілдір жарықтың ізі қалады. (NICOLLE R. FULLER / NSF / ICECUBE)

IceCube жұмыс істеген алты жыл ішінде олар 80-ден астам энергиясы жоғары ғарыштық нейтриноларды анықтады, олардың энергиясы 100 ТэВ-тан асады: LHC-де кез-келген бөлшектердің алатын энергиясынан он есе артық. Олардың кейбіреулері тіпті PeV масштабына ие болды, энергияның белгілі фундаменталды бөлшектердің ең ауырсын жасау үшін қажет болғаннан мың есе артық қуат алады.

Ғарыштан пайда болған барлық нейтринолардың барлығына қарамастан, біз оларды әлі күнге дейін нақты орналасқан жерді ұсынатын аспан көзімен үйлестіре алмадық. Бұл нейтриноларды анықтау - үлкен ерлік, бірақ егер біз оларды Ғаламдағы нақты, бақыланатын затпен байланыстыра алмасақ - мысалы, бұл электромагниттік жарықтың қандай да бір түрінде байқалуы мүмкін - біз оларды не жасайтынымыз туралы түсінік жоқ.

Нейтрино айқын Антарктикалық мұзбен әрекеттескенде, IceCube детекторынан өткенде, көгілдір жарықтың ізін қалдыратын қайталама бөлшектер пайда болады. (NICOLLE R. FULLER / NSF / ICECUBE)

Теоретиктерде идеялар жасауда қиындықтар туындаған жоқ, соның ішінде:

  • гиперновалар, барлық жаңа жұлдыздардың ішіндегі ең кереметі,
  • гамма-сәулелер жарылуы,
  • қара тесіктерді жағу,
  • немесе квазарлар, Әлемдегі ең үлкен, белсенді қара тесіктер.

Бірақ шешім қабылдауға дәлел қажет болар еді.

IceCube анықтаған жоғары энергиялы нейтрино оқиғасының мысалы: 4,45 PeV нейтрино 2014 жылы детекторға соққы берді. (ICECUBE NUTRINO OBSERVATORY ОБСЕРВАТОРЫ / NSF / УНИВЕРСИТЕТ-МАДИСОН)

IceCube олар тапқан ультра жоғары энергиялық нейтрино бар шығарылымдарды қадағалап, шығарып отырды. 22 қыркүйек 2017 жылы тағы бір осындай оқиға болды: IceCube-170922A. Шығарылымда олар мынаны мәлімдеді:

22 қыркүйек, 2017 жылы IceCube астрофизикалық шығу тегі жоғары, өте жоғары энергиялы оқиғаны анықтады. Оқиға өте жоғары энергия (EHE) трек-шараларын таңдау арқылы анықталды. IceCube детекторы қалыпты жұмыс күйінде болды. EHE оқиғалары әдетте детектордың сыртында орналасқан нейтрино өзара әрекеттесу шыңында болады, детектор көлемін өткізетін муон шығарады және жоғары жарық деңгейіне ие (энергия проксиі).
Космостық сәулелер атмосферадағы протондар мен атомдарға соққы беру арқылы душ бөлшектерінен тұрады, бірақ олар Черенков радиациясының әсерінен де жарық шығарады. Аспаннан түскен ғарыштық сәулелерді де, Жерді соққыға түсіретін нейтриноларды да байқай отырып, біз олардың екеуінің де шығу тегін ашуға кездейсоқтықты пайдалана аламыз (SIMON SWORDY (U. CHICAGO), NASA)

Бұл әрекет нейтриндерге ғана емес, жалпы ғарыштық сәулелерге де қызықты. Ғасырлар бойы жоғары энергиялардың миллиондаған ғарыштық сәулелерін көргенімізге қарамастан, олардың көпшілігі қайдан шыққанын түсінбейміз. Бұл протондарға, ядроларға және атмосферадағы каскад / душ арқылы түзілетін нейтриндерге қатысты.

Сондықтан, IceCube ескертумен қатар, аспанға нейтрино қай жерде пайда болуы керек деген координаттар берді:

  • RA: 77,43 градус (-0.80 град / + 1,30 градус 90% PSF құрамы) J2000
  • Жел: 5.72 град. (-0.40 градус / + 0.70 градус 90% PSF құрамы) J2000

Бұл бақылаушыларды электромагниттік спектр бойынша кейінгі бақылауларды осы объектіге бағыттады.

Суретшінің белсенді галактикалық ядродан алған әсерлері. Аккретион дискісінің ортасындағы супермассалық қара тесік дискіге перпендикуляр түрде тар кең энергиялық ағынды затты ғарышқа жібереді. 4 миллиард жарық жыл қашықтықтағы блазар - бұл ғарыштық сәулелер мен нейтриналардың пайда болуы. (DESY, ҒЫЛЫМ БАЙЛАНЫСЫ ЗАБЫ)

Бұл блазар: қазіргі уақытта белсенді күйде тұрған, материямен қоректенетін және оны үлкен жылдамдыққа жеткізетін өте үлкен қара шұңқыр. Блазарлар квас сияқты, бірақ бір маңызды айырмашылығы бар. Квазарусты кез-келген бағытқа бағыттауға болады, алайда блазар әрқашан өзінің бір реакциясын Жерге бағыттайды. Оларды блазарлар деп атайды, өйткені олар сізді «қыздырады».

Бұл ерекше блазар TXS 0506 + 056 ретінде белгілі, және NASA-ның Ферми обсерваториясы мен Канар аралдарындағы жерге негізделген MAGIC телескопын қосқандағы обсерваториялар бірден гамма-сәулелерді анықтады.

Жердегі және ғарыштағы 20-ға жуық обсерваториялар IceCube өткен қыркүйек айындағы нейтрино байқалған жерді кейінгі бақылаулар жасады, бұл ғалымдар жоғары энергиялы нейтриналардың және осылайша ғарыштық сәулелердің көзі болып табылуға мүмкіндік берді. Нейтринолардан басқа, электромагниттік спектрде бақылауларға гамма-сәулелер, рентген және оптикалық және радиациялық сәулелер де кірді. (NICOLLE R. FULLER / NSF / ICECUBE)

Бұл ғана емес, нейтриналар келген кезде, блазар жанғыш күйде екені анықталды, ол мұндай объектіге ең белсенді ағып кетуге сәйкес келеді. Шығу шыңы мен әлсіреу болғандықтан, IceCube-ке қатысы бар зерттеушілер 2017 жылдың 22 қыркүйегіне дейін онжылдықтардың рекордтарын зерттеп, TXS 0506 + 056 позициясынан шығатын кез-келген нейтрино оқиғаларын іздеді.

Дереу табу? Бұл нысаннан нейтриналар бірнеше жылдар бойы бірнеше рет жарылып, пайда болған. Нейтрино бақылауларын электромагниттік бақылаулармен біріктіре отырып, біз жоғары энергиялы нейтринолардың блазарлар шығаратындығын және біз оларды соншалықты үлкен қашықтықта да анықтай алатындығымызға сенімді түрде көз жеткіздік. TXS 0506 + 056, егер сіз білгіңіз келсе, шамамен 4 миллиард жарық жыл қашықтықта орналасқан.

Blazar TXS 0506 + 056 - жоғары энергиялы нейтриналар мен ғарыштық сәулелердің алғашқы анықталған көзі. NASA ұсынған Орион кескініне негізделген бұл иллюстрация Orion шоқжұлдызының сол жақ иығында орналасқан түнгі аспанда орналасқан. Қайнар көзі - Жерден 4 миллиард жарық жылы. (ICECUBE / NASA / NSF)

Мульти-мессенджерді бақылаудан мол мөлшерді білуге ​​болады.

  • Блазарлар кем дегенде ғарыштық сәулелердің бір көзі екендігі көрсетілді.
  • Нейтриндерді шығару үшін сізге ыдырайтын пиондар қажет, ал олар тездетілген протондар арқылы жасалады.
  • Бұл протонның қара тесіктер арқылы үдеуінің алғашқы дәлелі болып табылады.
  • Бұл сонымен қатар TXS 0506 + 056 блазарының ғаламдағы ең жарық көздерінің бірі екендігін көрсетеді.
  • Қорытындылай келе, ілеспе гамма сәулелерінен біз ғарыштық нейтринолар мен ғарыштық сәулелердің, кем дегенде, кейде ортақ пайда болғанына сенімді бола аламыз.
Жоғары энергетикалық астрофизика көздері шығарған ғарыштық сәулелер Жер бетіне жете алады. Ғарыштық сәулелер Жер атмосферасында бөлшектермен соқтығысқан кезде, біз жердегі массивтер арқылы анықтай алатын бөлшектердің душын шығарады. Соңында біз олардың негізгі көзін таптық. (ASPERA ынтымақтастық / ASTROPARTICLE ERANET)

IceCube нейтрино обсерваториясының бас тергеушісі Фрэнсис Халценнің айтуынша,

Астрофизика қауымдастығында блазарлардың ғарыштық сәулелер көзі болуы екіталай деген ортақ пікірі бар екендігі қызық, ал біз осындамыз ... Маршалды телескоптардың ғаламдық деңгейде толқын ұзындығын пайдаланып, нейтрино детекторымен қосылу мүмкіндігі мысалы, IceCube ғалымдар «мульти мессенджер астрономиясы» деп атайтын маңызды кезең болып табылады.

Мульти мессенджер астрономиясының дәуірі мұнда ресми түрде басталды, ал қазір бізде аспанға қараудың тәуелсіз және қосымша үш әдісі бар: жарықпен, нейтринолармен және гравитациялық толқындармен. Блазарлардың бір кездері жоғары энергиялы нейтриналар мен ғарыштық сәулелер шығаруға екіталай кандидат болып саналатыны, шын мәнінде екеуін де тудыратынын білдік.

Бұл суретшінің алыстағы 3С 279 квазарынан алған әсерлері. Биполярлы ағындар - бұл ортақ қасиет, бірақ мұндай реактивті бізге тікелей көрсету өте сирек. Бұл кезде бізде блазар бар, ол қазір жоғары энергиялы ғарыштық сәулелердің де, ұзақ жылдар бойы көріп келе жатқан ультра жоғары энергиялы нейтриндердің де көзі болып табылады. (ESO / M. KORNMESSER)

Жаңа ашылым - жоғары энергиялы нейтрино астрономиясы, бұл жаңалықпен ресми түрде басталды. Нейтриналар енді басқа өзара әрекеттесудің жанама өнімі емес, сонымен қатар біздің Күн жүйесінен тыс кеңістікке деген қызығушылық емес. Оның орнына біз оларды Ғаламның және физиканың негізгі заңдарының негізгі зондтары ретінде қолдана аламыз. IceCube құрудағы басты мақсаттардың бірі жоғары энергиялық ғарыштық нейтриналардың көздерін анықтау болды. TXS 0506 + 056 блазарының осы нейтринолардың да, гамма-сәулелердің де көзі ретінде анықталуымен, бұл орындалған ғарыштық арман.

Bang-дан басталады, қазір Forbes-те және Patreon қолдаушыларының арқасында ортада қайта шығарылды. Этан «Галактикадан тыс» және «Трекнология» атты екі кітаптың авторы: Трикордан бастап Warp Drive-қа дейінгі Star Trek туралы ғылым.