IceCube Laboratuvarı, Güney Kutbu’nda 1 milyar tonluk bir algılama ekipmanı ve buz ağının üzerinde oturuyor. Araştırmacılar, güçlü nötrino teleskobunu kullanarak NGC 1068 galaksisinden gelen yeni bir astrofiziksel nötrino kaynağı belirlediler. Kredi: Martin Wolf, IceCube/NSF
Dünya’da, nötrino adı verilen trilyonlarca atomaltı parçacık vücudumuzdan her saniye akar, ancak madde ile nadiren etkileşime girdikleri için bunu asla fark etmeyiz. Aslında, diğer maddelerle çok nadiren etkileşime girdikleri için, nötrinolar, kozmik kökenleri hakkında bilgi taşıyarak, engellenmeden geniş mesafeler boyunca düz yollarda seyahat edebilirler.
Dünya’da tespit edilen bu uygun bir şekilde “hayalet” olarak adlandırılan parçacıkların çoğu Güneş’ten veya kendi atmosferimizden kaynaklansa da, bazı nötrinolar galaksimizin çok ötesindeki kozmostan gelir. Astrofiziksel nötrinolar olarak adlandırılan bu nötrinolar, evrendeki en güçlü nesnelerden bazıları hakkında değerli bilgiler sağlayabilir.
Uluslararası bir bilim insanı ekibi, ilk kez Cetus takımyıldızındaki NGC 1068 galaksisinden yayılan yüksek enerjili astrofiziksel nötrinoların kanıtlarını buldu.
“IceCube Nötrino Gözlemevi’nin komşu bir galaksiyi kozmik bir nötrino kaynağı olarak tanımlaması, devasa karadeliklerin keşfedilmemiş gücüne ve evrenin diğer temel özelliklerine dair içgörüler vaat eden bu yeni ve heyecan verici alanın sadece başlangıcıdır.” — NSF’nin Fizik Bölümü yöneticisi Denise Caldwell
Tespit, IceCube Nötrino Gözlemevi tarafından yapıldı. Bu 1 milyar tonluk nötrino teleskopu, Güney Kutbu’nda yüzeyin 1,5-2,5 kilometre (0,9 ila 1,2 mil) altında bulunan bilimsel araçlardan ve buzdan yapılmıştır. Ulusal Bilim Vakfı (NSF), IceCube Nötrino Gözlemevi için ana finansmanı sağladı ve Wisconsin-Madison Üniversitesi, dedektörün bakımından ve işletilmesinden sorumlu lider kurumdur.
Dergide bu ay yayınlanan bu yeni sonuçlar BilimWisconsin Institute for Discovery’de yapılan bir sunumda paylaşıldı.
“Bir nötrino bir kaynağı seçebilir. Ancak Wisconsin-Madison Üniversitesi’nden fizik profesörü ve IceCube projesinin baş araştırmacısı Francis Halzen, yalnızca birden çok nötrino içeren bir gözlem, en enerjik kozmik nesnelerin gizlenmiş çekirdeğini ortaya çıkaracaktır” diyor. “IceCube, NGC 1068’den yaklaşık 80 nötrino teraelektronvolt enerji biriktirdi, bu henüz tüm sorularımızı yanıtlamak için yeterli değil, ancak bunlar kesinlikle nötrino astronomisinin gerçekleştirilmesine yönelik bir sonraki büyük adım.”
IceCube, dünya çapında 58 kurumdan 350’den fazla bilim insanından oluşan uluslararası IceCube Collaboration tarafından yürütülmektedir. UW–Madison’da bir araştırma merkezi olan Wisconsin IceCube Parçacık Astrofizik Merkezi (WIPAC), IceCube projesinin lider kurumudur.
WIPAC, dedektörün 24 saat çalışmasının sağlanması da dahil olmak üzere IceCube Nötrino Gözlemevi’nin bakımından ve işletilmesinden sorumludur. Gözlemevi, nötrinoları buzdaki moleküllerle etkileşime girdiğinde üretilen ve Cherenkov ışığı adı verilen küçük mavi ışık parlamalarıyla tespit ediyor.
47 ışıkyılı uzaklıkta, sarmal gökada NGC 1068, Samanyolu’muzun nispeten yakın bir komşusudur. Kredi: NASA / ESA / A. van der Hoeven
WIPAC’ta, çeşitli bilim adamlarından ve teknik ve destek personelinden oluşan bir ekip, verileri bilime hazır hale getirerek, IceCube bilim adamlarının çok çeşitli araştırmaları gerçekleştirmesini sağlar. WIPAC ekibi, önemli ölçüde geliştirilmiş dedektör kalibrasyonu kullanan IceCube verilerinin ilk on yılının yeni bir versiyonunu sundu. Bu üstün veri seti, NGC 1068’in bir nötrino kaynağı olarak tanımlanmasına katkıda bulunmuştur.
“Birkaç yıl önce, NSF, optik ve radyo astronomide yerleşik yetenekleri, nötrinolar gibi fenomenleri saptamak ve ölçmek için yeni yeteneklerle birleştirerek evren anlayışımızı genişletmek için iddialı bir proje başlattı.[{” attribute=””>gravitational waves,” says Denise Caldwell, director of NSF’s Physics Division. “The IceCube Neutrino Observatory’s identification of a neighboring galaxy as a cosmic source of neutrinos is just the beginning of this new and exciting field that promises insights into the undiscovered power of massive black holes and other fundamental properties of the universe.”
The galaxy NGC 1068, also known as Messier 77, is one of the most familiar and well-studied galaxies to date. Located 47 million light-years away — close in astronomical terms — this galaxy can be observed with a pair of large binoculars.
Bu video, IceCube nötrinolarının bize aktif gökada NGC 1068’in iç derinliklerine ilk bakışımızı nasıl verdiğini gösteriyor. Kaynak: Diogo da Cruz’un videosu, Fallon Mayanja’nın sesi ve Georgia Kaw’ın sesi
Ev galaksimizde olduğu gibi, Samanyolu, NGC 1068, gevşek bir şekilde sarılmış kolları ve nispeten küçük bir merkezi şişkinliği olan bir çubuklu sarmal gökadadır. Bununla birlikte, Samanyolu’nun aksine, NGC 1068 aktif bir galaksidir ve radyasyonun çoğu yıldızlar tarafından üretilmez, bunun yerine Güneşimizden milyonlarca kat daha büyük ve aktif olmayandan bile daha büyük bir kara deliğe düşen malzeme tarafından üretilir. Kara delik Samanyolu’nun merkezinde.
NGC 1068 yönünden tespit edilen yaklaşık 80 nötrino fazlası, WIPAC’taki IceCube araştırmacıları tarafından yönetilen analiz tekniklerinin ve verilerin yeniden işlenmesinin iyileştirilmesinden sonra bulundu. IceCube’de görülen açıklayıcı nötrino etkileşimleri, her bir nötrinonun geliş yönünün daha iyi ölçülmesini sağlayan yeni hesaplama teknikleri ve nötrino enerjisinin daha doğru bir ölçümü için makine öğrenimi kullanılarak modellendi.
Georgia Institute of Technology’de fizik profesörü ve IceCube İşbirliği sözcüsü olan Ignacio Taboada’ya göre bu son sonuç, 2020’de yayınlanan önceki bir NGC 1068 çalışmasına göre önemli bir gelişme.
Taboada, “Bu iyileştirmenin bir kısmı gelişmiş tekniklerden, bir kısmı da dedektör kalibrasyonunun dikkatli bir şekilde güncellenmesinden geldi” diyor. “Dedektör operasyonları ve kalibrasyon ekipleri tarafından yapılan çalışmalar, NGC 1068’i tam olarak saptamak ve bu gözlemi mümkün kılmak için daha iyi nötrino yönlü rekonstrüksiyonlar sağladı.”
Mevcut IceCube gözlemevini yükseltme çabalarına öncülük eden UW-Madison fizik profesörü Albrecht Karle, NGC 1068 tespitlerinin nötrino astronomisinin geleceği için “harika bir haber” olduğunu söylüyor.
Mevcut tesisin bir uzantısı ve teknolojik yükseltmesi olarak inşa edilecek yeni nesil bir nötrino gözlemevinin geliştirilmesine de öncülük eden Karle, “Bu, yeni nesil daha hassas dedektörlerle keşfedilecek çok şey olacağı anlamına geliyor” diyor. Güney Kutbu.
Karle, “Gelecekteki ikinci nesil IceCube-Gen2 gözlemevi, bu aşırı parçacık hızlandırıcıların çoğunu tespit etmekle kalmayacak, aynı zamanda daha yüksek enerjilerde çalışmalarına da izin verecek” diyor.
NGC 1068’den yayılan düzinelerce nötrinonun tespiti, IceCube bilim adamlarının yüksek enerjili bir astrofiziksel nötrino kaynağının ilk gözlemini bildirmesinden birkaç yıl sonra geldi. Bu kaynak, Orion takımyıldızının sol omzunun ötesinde, yaklaşık 4 milyar ışıkyılı uzaklıkta bulunan bir blazar olan TXS 0506+056 idi. NGC 1068 gözlemleri, henüz keşfedilmeyi bekleyen daha fazla astrofiziksel nötrino kaynağı olduğunu gösteriyor.
UW-Madison’da fizik profesörü ve IceCube üyesi olan Justin Vandenbroucke, “IceCube daha önce evrenin nötrinolarda parlak bir şekilde parladığını keşfetti ve bu parıltının kaynağı heyecan verici bir gizemdi” diyor. “NGC 1068, bu bulmacanın önemli bir parçasını sağlıyor ve toplam sinyalin yalnızca yüzde birini açıklayabiliyor: Keşfedilmeyi bekleyen birçok ek nötrino kaynağı ve muhtemelen ek kaynak türleri olmalı.”
Gizlenmiş evrenin ortaya çıkışı daha yeni başladı ve nötrinolar astronomide yeni bir keşif çağına öncülük etmeye hazırlanıyor.
Bu araştırma hakkında daha fazla bilgi için bkz. Hayalet Nötrino Parçacıkları Aktif Bir Galaksinin İç Derinliklerine İlk Bakışı Sağlıyor.
Referans: “Yakındaki aktif galaksi NGC 1068’den nötrino emisyonu kanıtı”, yazan IceCube Collaboration, R. Abbasi, M. Ackermann, J. Adams, JA Aguilar, M. Ahlers, M. Ahrens, JM Alameddine, C. Alispach, AA Alves, NM Amin, K. Andeen, T. Anderson, G. Anton, C. Argüelles, Y. Ashida, S. Axani, X. Bai, A. Balagopal V., A. Barbano, SW Barwick, B. Bastian, V. Basu, S. Baur, R. Bay, JJ Beatty, K.-H. Becker, J. Becker Tjus, C. Bellenghi, S. BenZvi, D. Berley, E. Bernardini, DZ Besson, G. Binder, D. Bindig, E. Blaufuss, S. Blot, M. Boddenberg, F. Bontempo, J. Borowka, S. Böser, O. Botner, J. Böttcher, E. Bourbeau, F. Bradascio, J. Braun, B. Brinson, S. Bron, J. Brostean-Kaiser, S. Browne, A. Burgman, RT Burley, RS Busse, MA Campana, EG Carnie-Bronca, C. Chen, Z. Chen, D. Chirkin, K. Choi, BA Clark, K. Clark, L. Classen, A. Coleman, GH Collin, JM Conrad , P. Coppin, P. Correa, DF Cowen, R. Cross, C. Dappen, P. Dave, C. De Clercq, JJ DeLaunay, D. Delgado López, H. Dembinski, K. Deoskar, A. Desai, P . Desiati, KD de Vries, G. de Wasseige, M. de With, T. DeYoung, A. Diaz, JC Díaz-Vélez, M. Dittmer, H. Dujmovic, M. Dunkman, MA DuVernois, E. Dvorak, T . Ehrhardt, P. Eller, R. Engel, H. Erpenbeck, J. Evans, PA Evenson, KL Fan, AR Fazely, A. Fedynitch, N. Feigl, S. Fiedlschuster, AT Fienberg, K. Filimonov, C. Finley , L. Fischer, D. Fox, A. Franckowiak, E. Friedman, A. Fritz, P. Fürst, TK Gaiss er, J. Gallagher, E. Ganster, A. Garcia, S. Garrappa, L. Gerhardt, A. Ghadimi, C. Glaser, T. Glauch, T. Glüsenkamp, A. Goldschmidt, JG Gonzalez, S. Goswami, D Grant, T. Grégoire, S. Griswold, C. Günther, P. Gutjahr, C. Haack, A. Hallgren, R. Halliday, L. Halve, F. Halzen, M. Ha Minh, K. Hanson, J. Hardin, AA Harnisch, A. Haungs, D. Hebecker, K. Helbing, F. Henningsen, EC Hettinger, S. Hickford, J. Hignight, C. Hill, GC Hill, KD Hoffman, R. Hoffmann, B. Hokanson- Fasig, K. Hoshina, F. Huang, M. Huber, T. Huber, K. Hultqvist, M. Hünnefeld, R. Hussain, K. Hymon, S. In, N. Iovine, A. Ishihara, M. Jansson, GS Japaridze, M. Jeong, M. Jin, BJP Jones, … JP Yanez, S. Yoshida, S. Yu, T. Yuan, Z. Zhang, P. Zhelnin, 3 Kasım 2022, Science.
DOI: 10.1126/science.abg3395
IceCube Nötrino Gözlemevi, Ulusal Bilim Vakfı’nın Wisconsin-Madison Üniversitesi’ne (OPP-2042807 ve PHY-1913607) verdiği bir ödülle finanse edilmekte ve işletilmektedir. Dünyanın dört bir yanından 58 kurumda 350’den fazla bilim insanı ile IceCube İşbirliği, nötrino astronomisinin temellerini oluşturan kapsamlı bir bilimsel program yürütüyor. UW–Madison’ın web sitesinde IceCube’ün işbirliği yaptığı kurumlar hakkında daha fazla bilgi edinin.