Analisis neutrino IceCube menghubungkan kemungkinan sumber sinar kosmik galaksi

Sejak fisikawan Prancis Pierre Auger mengusulkan pada tahun 1939 yang mana sinar kosmik Mereka harus membawa energi dalam jumlah besar, dan para ilmuwan telah bingung tentang apa yang dapat menghasilkan gugus proton dan neutron yang kuat yang menghujani atmosfer bumi. Salah satu cara yang mungkin untuk mengidentifikasi sumber semacam itu adalah dengan membatalkan jalur yang ditempuh neutrino kosmik berenergi tinggi menuju Bumi, karena mereka muncul dari sinar kosmik yang bertabrakan dengan materi atau radiasi, menghasilkan partikel yang kemudian meluruh menjadi neutrino dan sinar gamma.

Ilmuwan dengan es batu Observatorium Neutrino Antartika kini telah menganalisis penemuan neutrino selama satu dekade ini dan menemukan bukti bahwa sebuah galaksi aktif bernama Messier 77 (juga dikenal sebagai Galaksi Cumi-cumi) adalah kandidat kuat untuk pemancar neutrino berenergi tinggi, menurut sebuah kertas baru Diterbitkan di jurnal Science. Ini membawa astrofisikawan selangkah lebih dekat untuk memecahkan misteri asal usul sinar kosmik berenergi tinggi.

“Pengamatan ini merupakan awal dari kemampuan untuk benar-benar melakukan astronomi neutrino,” Janet Conrad, anggota IceCube dari MIT Fisika APS. “Kami telah lama berjuang untuk melihat potensi sumber neutrino kosmik yang sangat diminati dan sekarang kami telah melihatnya. Kami telah memecahkan penghalang.”

Dengan demikian Beritahu kami sebelumnyaDan neutrino Perjalanan mendekati kecepatan cahaya. Puisi John Updike tahun 1959, “Gala kosmik“memuji dua fitur yang paling menentukan dari neutrino: Mereka tidak memiliki muatan, dan selama beberapa dekade, fisikawan mengira mereka tidak memiliki massa (mereka sebenarnya memiliki massa yang sangat kecil). Neutrino adalah partikel subatomik paling melimpah di alam semesta, tetapi mereka jarang berinteraksi dengan jenis bahan apa pun. Kita terus-menerus dibombardir setiap detik oleh jutaan partikel kecil ini, namun mereka melewati kita tanpa kita sadari. Itulah sebabnya Isaac Asimov menyebutnya “partikel hantu”.

Laju reaksi yang rendah ini membuat neutrino Sangat sulit untuk dideteksi, tetapi karena sangat ringan, ia dapat lolos tanpa hambatan (dan dengan demikian sebagian besar tidak berubah) dengan bertabrakan dengan partikel materi lain. Ini berarti mereka dapat memberikan petunjuk berharga bagi para astronom tentang sistem yang jauh, didukung oleh apa yang dapat dipelajari dengan teleskop di seluruh spektrum elektromagnetik, serta gelombang gravitasi. Bersama-sama, berbagai sumber informasi ini disebut astronomi “Multiple Messenger”.

Kebanyakan pemburu neutrino mengubur eksperimen mereka jauh di dalam bumi, dan lebih baik untuk menghilangkan gangguan keras dari sumber lain. Dalam kasus IceCube, kolaborasi ini menampilkan susunan sensor optik seukuran bola basket yang terkubur jauh di dalam es Antartika. Pada kesempatan langka ketika neutrino transien berinteraksi dengan inti atom di dalam es, tabrakan menghasilkan partikel bermuatan yang memancarkan sinar ultraviolet dan foton biru. Ini ditangkap oleh sensor.

Jadi IceCube berada di posisi yang tepat untuk membantu para ilmuwan memajukan pengetahuan mereka tentang asal usul sinar kosmik berenergi tinggi. Seperti Natalie Wolcoffer dengan meyakinkan Dijelaskan dalam Quanta Pada tahun 2021:

Sinar kosmik hanyalah inti atom – proton atau sekelompok proton dan neutron. Namun, sinar kosmik langka yang dikenal sebagai “sinar kosmik ultra-energi” memiliki energi yang sama banyaknya dengan bola tenis yang disajikan secara profesional. Mereka jutaan kali lebih energik daripada proton yang mengorbit di sekitar terowongan melingkar Large Hadron Collider di Eropa pada 99,9999991% kecepatan cahaya. Faktanya, sinar kosmik paling energik yang pernah ditemukan, dijuluki partikel “oh my gosh”, menghantam langit pada tahun 1991 dengan kecepatan 99,99999999999999999951 persen kecepatan cahaya, memberinya energi bola bowling yang jatuh dari ketinggian bahu ke kaki. .

Tapi dari mana asal sinar kosmik yang begitu kuat? Salah satu kemungkinan yang kuat Inti Galaksi Aktif (AGNs), ditemukan di tengah beberapa galaksi. Energinya berasal dari lubang hitam supermasif di pusat galaksi, dan/atau dari rotasi lubang hitam.