Billedkredit: UW-Madison
Et nyt teleskop indlejret i isen fra Antarktis har afsluttet det første kort over den høje energi neutrinohimmel. Den kigger faktisk ned gennem hele Jorden for at se den nordlige himmel for neutrinoer, der bevæger sig med høj hastighed og passerer næsten al materie uhindret. AMANDA II har opdaget neutrinoer med 100 gange energien fra enhver produceret i laboratorieeksperimenter på Jorden.
Et nyt teleskop, der bruger den antarktiske isplade som vindue mod kosmos, har produceret det første kort over højenerginutrinohimmlen.
Kortet, der blev afsløret for astronomer her i dag (15. juli) på et møde i Den Internationale Astronomiske Union, giver astronomer deres første forbløffende glimt af neutrinoer med meget energi, spøgelsesagtige partikler, der antages at stamme fra nogle af de mest voldelige begivenheder i universet - nedbrudte sorte huller, gammastråler, og de voldelige kerner fra fjerne galakser.
”Dette er de første data med et neutrino-teleskop med realistisk opdagelsespotentiale,” siger Francis Halzen, en professor i fysik fra University of Wisconsin-Madison, om kortet udarbejdet ved hjælp af AMANDA II, et one-of-a-kind teleskop bygget med støtte fra National Science Foundation (NSF) og sammensat af matriser af lysopsamlende detektorer begravet i is 1,5 kilometer under Sydpolen. ”Hidtil er dette den mest følsomme måde nogensinde at se på den højenergi neutrinohimmel,” siger han.
Evnen til at opdage neutrinoer med høj energi og spore dem tilbage til deres oprindelsessteder forbliver en af de vigtigste opgaver i moderne astrofysik.
Fordi kosmiske neutrinoer er usynlige, uladede og har næsten ingen masse, er de næsten umulige at opdage. I modsætning til fotoner, partiklerne, der udgør synligt lys og andre former for stråling, kan neutrinoer passere uhindret gennem planeter, stjerner, de enorme magnetiske felter i det interstellare rum og endda hele galakser. Denne kvalitet - som gør dem meget svære at opdage - er også deres største aktiv, fordi de oplysninger, de har om kosmologisk fjerne og ellers uobserverbare begivenheder, forbliver intakte.
Kortet, der er produceret af AMANDA II, er foreløbigt, understreger Halzen, og repræsenterer kun et års data indsamlet af isbundsteleskopet. Ved hjælp af yderligere to års data, der allerede er høstet med AMANDA II, vil Halzen og hans kolleger derefter definere strukturen på himmelkortet og sortere potentielle signaler fra statistiske udsving i det aktuelle kort for at bekræfte eller modbevise dem.
Ifølge Halzen er kortets betydning, at det beviser, at detektoren fungerer. ”Det fastlægger teknologiens ydelse,” siger han, ”og det viser, at vi har nået den samme følsomhed som teleskoper, der blev brugt til at detektere gammastråler i det samme højenergiområde” i det elektromagnetiske spektrum. Der forventes nogenlunde lige signaler fra genstande, der fremskynder kosmiske stråler, hvis oprindelse forbliver ukendt næsten et århundrede efter deres opdagelse.
Senket dybt ned i den antarktiske is er AMANDA II (Antarctic Muon og Neutrino Detector Array) -teleskopet designet til ikke at se op, men ned gennem jorden til himlen på den nordlige halvkugle. Teleskopet består af 677 glasoptiske moduler, hver på størrelse med en bowlingkugle, opstillet på 19 kabler, der er dybt inde i isen ved hjælp af højtryks varmtvandsøvelser. Arrayet omdanner en cylinder med 500 meter højde og 120 meter i diameter til en partikeldetektor.
Glasmodulerne fungerer som pærer bagpå. De opdager og fanger svage og flydende lysstrimler, der oprettes, når neutrinoer lejlighedsvis styrter ned i isatomer inde i eller i nærheden af detektoren. De subatomære vrak skaber muoner, en anden art af subatomisk partikel, der hensigtsmæssigt efterlader et kortvarigt kølvandet på blåt lys i den dybe antarktiske is. Lysstrimlen matcher neutrinoens sti og peger tilbage til dens oprindelsessted.
Fordi det giver det første glimt af den høje energi neutrinohimmel, vil kortet være af stor interesse for astronomer, fordi, siger Halzen, "vi har stadig ingen anelse om, hvordan kosmiske stråler accelereres eller hvor de kommer fra."
At AMANDA II nu har identificeret neutrinoer op til hundrede gange energien fra partiklerne produceret af de mest kraftfulde jordbundne acceleratorer, rejser udsigten til, at nogle af dem kan blive sparket i gang på deres lange rejser ved nogle af de mest ekstremt energiske begivenheder i kosmos. Evnen til rutinemæssigt at opdage neutrinoer med høj energi vil give astronomer ikke kun en linse til at studere sådanne bizarre fænomener som sammenstødende sorte huller, men med et middel til at få direkte adgang til uredigerede oplysninger fra begivenheder, der opstod hundreder af millioner eller milliarder lysår væk og eons siden.
”Dette kort kunne indeholde det første bevis på en kosmisk accelerator,” siger Halzen. ”Men vi er ikke der endnu.”
Jakten på kilder til kosmiske neutrinoer vil få et løft, når AMANDA II-teleskopet vokser i størrelse, når nye strenge detektorer tilføjes. Planerne kræver, at teleskopet vokser til en kubik kilometer instrumenteret is. Det nye teleskop, der kaldes IceCube, gør skuren til himmelen efter kosmiske neutrino-kilder meget effektiv.
”Vi vil være følsomme over for de mest pessimistiske teoretiske forudsigelser,” siger Halzen. ”Husk, vi leder efter kilder, og selv hvis vi opdager noget nu, er vores følsomhed sådan, at vi i bedste fald ser i størrelsesordenen 10 neutrinoer om året. Det er ikke godt nok. ”
Original kilde: WISC News Release
