Galaksijo Mlečno cesto že dolgo opazujemo prek različnih frekvenc elektromagnetnega sevanja, ki ga oddaja, od vidne zvezdne svetlobe do radijskih valov. Znanstveniki so zdaj razkrili edinstveno drugačno podobo naše galaksije, saj so določili galaktični izvor tisočih nevtrinov – nevidnih delcev duhov, ki obstajajo v velikih količinah, vendar običajno neopaženo preletijo Zemljo. Slika Mlečne ceste, ki temelji na nevtrinih, je prva te vrste: portret galaksije, narejen z delci snovi in ne z elektromagnetno energijo.
Nevidni delci duha v Mlečni cesti
Preboj je bil dosežen v sodelovanju raziskovalcev, ki so uporabljali nevtrinski observatorij IceCube, ki ga podpira Nacionalna znanstvena fundacija ZDA, na postaji NSF Amundsen-Scott South Pole Station na Antarktiki. Ogromen observatorij zaznava subtilne znake visokoenergijskih nevtrinov iz vesolja s pomočjo več tisoč mrežno povezanih senzorjev, zakopanih globoko v kubičnem kilometru čistega, nedotaknjenega ledu. Rezultati so bili razkriti na dogodku na univerzi Drexel.
»Spomnim se, da sem rekla: »Na tej točki v zgodovini človeštva smo prvi, ki vidimo našo galaksijo v čem drugem kot v svetlobi,«« pravi fizičarka Naoko Kurahashi Neilson z Univerze Drexel o trenutku, ko je z dvema doktorandoma, Stevom Sclafanijem z Drexla in Mircom Hünnefeldom z Univerze TU Dortmund v Nemčiji, prvič pregledala sliko. Kurahashi Neilson je predlagala inovativno računalniško analizo, ki je bila uporabljena za ustvarjanje slike, in za uresničitev svoje zamisli prejela sredstva iz programa NSF za razvoj fakultete na začetku kariere.
»Kot se pogosto dogaja, je pomemben preboj v znanosti omogočil tehnološki napredek,« pravi Denise Caldwell, direktorica fizikalnega oddelka NSF (organizacija za testiranje, pregledovanje in certificiranje izdelkov). »Zmogljivosti visoko občutljivega detektorja IceCube so nam skupaj z novimi orodji za analizo podatkov omogočile povsem nov pogled na našo galaksijo – takšen, ki smo ga prej le nakazovali. Z nadaljnjim izpopolnjevanjem teh zmogljivosti se lahko veselimo, da bo ta slika postajala vse bolj razločna in bo morda razkrila skrite značilnosti naše galaksije, ki jih človeštvo še nikoli ni videlo.«
»Zanimivo je, da v nasprotju s svetlobo katere koli valovne dolžine pri nevtrinu vesolje zasenči bližnje vire v naši galaksiji,« pravi Francis Halzen, fizik z Univerze Wisconsin-Madison in glavni raziskovalec pri IceCube.
Težek izziv in ambiciozen cilj
Poleg težkega izziva, ki ga predstavlja samo zaznavanje zloglasno izmuzljivih nevtrinov (in njihovo razlikovanje od drugih vrst medzvezdnih delcev), je še bolj ambiciozen cilj ugotoviti, od kod prihajajo. Ko nevtrini v interakciji z ledom pod IceCubom, ta redka srečanja povzročijo šibke svetlobne vzorce, ki jih IceCube lahko zazna. Nekateri svetlobni vzorci so zelo usmerjeni in jasno kažejo na določeno območje na nebu, kar raziskovalcem omogoča, da določijo vir nevtrinov. Na podlagi takšnih interakcij je kolaboracija IceCube leta 2022 odkrila nevtrine, ki so prihajali iz druge galaksije, oddaljene 47 milijonov svetlobnih let.
Druge interakcije so veliko manj usmerjene in ustvarjajo kaskadne pegaste kroglice svetlobe v čistem ledu, pravi Kurahashi Neilson. Njena sodelavca iz kolaboracije IceCube, Sclafani in Hünnefeld, sta razvila algoritem strojnega učenja, ki je primerjal relativni položaj, velikost in energijo več kot 60.000 takšnih kaskad svetlobe, ki jih ustvarjajo nevtrini in jih je IceCube posnel v desetih letih.
Zdaj so raziskovalci izmerili nevtrine
Trije raziskovalci so več kot dve leti skrbno preizkušali in preverjali svoj algoritem z uporabo umetnih podatkov, ki simulirajo zaznave nevtrinov. Ko so algoritmu posredovali prave podatke, ki jih je zagotovil IceCube, je nastala slika, ki je prikazovala svetle točke, ki so ustrezale lokacijam v Mlečni cesti, za katere so domnevali, da oddajajo nevtrine. Te lokacije so bile na mestih, kjer naj bi bili opaženi žarki gama stranski produkti trkov med kozmičnimi žarki in medzvezdnim plinom, ki naj bi teoretično prav tako proizvajali nevtrine.
»Zdaj smo izmerili nevtrine, kar potrjuje vse, kar vemo o naši galaksiji in virih kozmičnih žarkov,« pravi Sclafani.
V več desetletjih so znanstveniki z razširitvijo metod za opazovanje vesolja razkrili nešteto astronomskih odkritij. Nekoč revolucionarnim dosežkom, kot sta radioastronomija in infrardeča astronomija, se je pridružil nov razred opazovalnih tehnik z uporabo pojavov, kot so gravitacijski valovi in zdaj nevtrini.
Kurahashi Neilson pravi, da je slika Mlečne ceste, ki temelji na nevtrinih, še en korak v tej liniji odkritij. Napoveduje, da se bo nevtrinska astronomija izpopolnjevala tako kot metode, ki so bile pred njo, dokler tudi ona ne bo razkrila doslej neznanih vidikov vesolja. »Zato počnemo to, kar počnemo,« pravi. »Da bi videli nekaj, česar še nihče ni videl, in da bi razumeli stvari, ki jih še nismo razumeli.«
Novinar
