Ekstragalaktik nötrino fabrikalarının keşfi

Son derece enerjik ve tespit edilmesi zor olan nötrinolar, gezegenimize ulaşmadan önce milyarlarca ışık yılı yol alır. Bu temel parçacıkların evrenimizin derinliklerinden geldiği bilinmesine rağmen, kesin kökenleri hala bilinmemektedir. Würzburg Üniversitesi ve Cenevre Üniversitesi (UNIGE) tarafından yönetilen uluslararası bir araştırma ekibi, bu gizemin bir yönüne ışık tutuyor: nötrinoların, süper kütleli kara delikler tarafından beslenen galaktik çekirdekler olan blazarlarda doğduğu düşünülüyor. Bu sonuçlar dergide yayınlandı. Astrofizik Dergi Mektupları.

Dünya’nın atmosferi sürekli olarak kozmik ışınlar tarafından bombalanır. Bunlar, 10’a kadar elektrik yüklü enerji parçacıklarından oluşur.²⁰ elektron volt. Bu, dünyanın en güçlü parçacık hızlandırıcısı olan Cenevre yakınlarındaki Büyük Hadron Çarpıştırıcısında elde edilen enerjiden milyon kat daha fazla. Son derece enerjik parçacıklar derin uzaydan geliyorlar, milyarlarca ışıkyılı yol kat ettiler. Nereden geliyorlar, onları evrende böylesine muazzam bir güçle fırlatan nedir? Bu sorular, bir asırdan fazla süredir astrofiziğin en büyük meydan okumaları arasındadır.

Kozmik ışınların doğum yerleri nötrino üretir. Nötrinolar, tespit edilmesi zor olan nötr parçacıklardır. Neredeyse hiç kütleleri yoktur ve madde ile pek etkileşime girmezler. Evrende yarışırlar ve galaksiler, gezegenler ve insan vücudunda neredeyse iz bırakmadan seyahat edebilirler. Almanya, Bavyera’daki Julius-Maximilians-Universität (JMU) Würzburg’dan astrofizik Profesörü Sara Buson, “Astrofiziksel nötrinolar yalnızca kozmik ışın hızlandırmasını içeren süreçlerde üretilir” diye açıklıyor. Bu nötrinoları, kozmik ışın kaynaklarını saptamanın yolunu açan benzersiz haberciler yapan şey tam olarak budur.

Tartışmalı bir tartışmada ileriye doğru bir adım

Astrofizikçilerin topladığı büyük miktarda veriye rağmen, yüksek enerjili nötrinoların, onları oluşturan astrofiziksel kaynaklarla ilişkilendirilmesi yıllardır çözülmemiş bir problem olmuştur. Sara Buson bunu her zaman büyük bir zorluk olarak görmüştür. Araştırmacı ve işbirlikçilerin dergide varsayılan bir nötrino kaynağı olarak tartışmaya ilk kez bir blazar (TXS 0506+056) getirmeleri 2017’de gerçekleşti. Bilim. Blazarlar, tüm galaksilerinden çok daha fazla radyasyon yayan süper kütleli kara delikler tarafından desteklenen aktif galaktik çekirdeklerdir. Yayın, blazarlar ve yüksek enerjili nötrinolar arasında gerçekten bir bağlantı olup olmadığı konusunda bilimsel bir tartışma başlattı.

Bu cesaret verici ilk adımın ardından, Haziran 2021’de Prof. Buson’un grubu, Avrupa Araştırma Konseyi’nin desteğiyle iddialı bir çoklu haberci araştırma projesine başladı. Bu, evrenden gelen çeşitli sinyalleri (“haberciler”, örneğin nötrinolar) analiz etmeyi içerir. Ana hedef, astrofiziksel nötrinoların kökenine ışık tutmak, muhtemelen blazarları yüksek kesinlik ile ekstragalaktik yüksek enerjili nötrinoların ilk kaynağı olarak kurmaktır.

Proje şimdi ilk başarısını gösteriyor: Dergide Astrofizik Dergi MektuplarıSara Buson, grubu, eski doktora sonrası Raniere de Menezes (JMU) ve Cenevre Üniversitesi’nden Andrea Tramacere ile birlikte, blazarların astrofiziksel nötrinolarla benzeri görülmemiş bir kesinlik derecesinde güvenle ilişkilendirilebileceğini bildiriyor.

Blazarların rolünü ortaya çıkarmak

Andrea Tramacere, hızlanma süreçlerinin sayısal modellemesi ve göreceli jetlerde (hızlandırılmış madde çıkışları, ışık hızına yaklaşanlar) özellikle de blazar jetlerde etki eden radyasyon mekanizmalarının uzmanlarından biridir. “Birikim süreci ve kara deliğin dönüşü, parçacıkların hızlandığı ve görünür ışığın bin milyarlık enerjilerine kadar radyasyon yayan göreli jetlerin oluşumuna yol açar! Bu nesneler ve kozmik evren arasındaki bağlantının keşfi. ışınlar, yüksek enerjili astrofiziğin ‘Rosetta taşı’ olabilir.”

Bu sonuçlara ulaşmak için araştırma ekibi, Antarktika’daki IceCube Nötrino Gözlemevi’nden (şu anda faaliyette olan en hassas nötrino dedektörü) nötrino verilerini ve en doğru blazar kataloglarından biri olan BZCat’i kullandı. “Bu verilerle, yön konumları nötrinolarınkiyle çakışan blazarların tesadüfen orada olmadığını kanıtlamamız gerekiyordu.” Bunu yapmak için UNIGE araştırmacısı, bu nesnelerin gökyüzündeki dağılımlarının ne kadar aynı göründüğünü tahmin edebilen bir yazılım geliştirdi. “Zarı birkaç kez attıktan sonra, rastgele ilişkilendirmenin gerçek verilerden ancak bir milyon denemede bir kez geçebileceğini keşfettik! Bu, ilişkilendirmelerimizin doğru olduğunun güçlü bir kanıtı.”

Bu başarıya rağmen, araştırma ekibi bu ilk nesne örneğinin sadece “buzdağının görünen kısmı” olduğuna inanıyor. Bu çalışma, daha gerçekçi astrofiziksel hızlandırıcı modelleri oluşturmak için en önemli bileşen olan “yeni gözlemsel kanıtlar” toplamalarını sağladı. “Şimdi yapmamız gereken şey, nötrino yayan ve olmayan nesneler arasındaki temel farkın ne olduğunu anlamaktır. Bu, çevrenin ve hızlandırıcının birbirleriyle ne ölçüde “konuştuğunu” anlamamıza yardımcı olacaktır. sonra bazı modelleri ekarte edebilir, diğerlerinin tahmin gücünü geliştirebilir ve son olarak, sonsuz kozmik ışın hızlandırma bulmacasına daha fazla parça ekleyebilir.”