Uusi neutrinoennätys: Tutkijat pohtivat kosmisia lähteitä!

Uusi neutrinoennätys: Tutkijat pohtivat kosmisia lähteitä!

Etelänavalla sijaitseva IceCube-neutrinodetektori, joka ulottuu jopa 2,5 kilometrin syvyyteen jäähän, on ollut käytössä vuodesta 2009 lähtien kosmisten säteiden lähteiden tutkimiseen. Tutkijat, mukaan lukien Bochumin Ruhrin yliopiston tutkijat, kohtaavat haasteen, että suurin osa havaituista neutriinoista on peräisin maapallon ilmakehästä. Tämä tosiasia vaikeuttaa kosmisten lähteiden selkeää tunnistamista. Neutriinoja kutsutaan "haamuhiukkasiksi", koska ne kulkevat aineen läpi olematta vuorovaikutuksessa sen kanssa. Mutta IceCube teki äskettäin merkittävän edistyksen: havaittiin erittäin korkean energian kosminen neutrino, jonka energia oli 220 petaelektronivolttia, mikä on 22 kvadriljoonaa elektronin energiaa. Tämä löytö vangittiin Välimerellä sijaitsevalla Kilometer Cube Neutrino Telescopella (KM3NeT), ja se edustaa uutta ennätystä neutrinoastronomiassa sen jälkeen, kun IceCube havaitsi aiemmin neutriinoja jännitteellä 6,5 petaelektronivolttia ja 10 petaelektronivolttia.

Tutkijat jatkavat intensiivistä työtä selvittääkseen näiden neutriinojen alkuperän. Äskettäin havaitun neutrinon alkuperä ja sen syntyprosessi ovat tällä hetkellä epäselviä, mahdollisia lähteitä voivat olla aktiiviset supermassiiviset mustat aukot tai supernovaräjähdykset. Varautuneita hiukkasia, kuten protoneja, poikkeuttavat magneettikentät, mikä vaikeuttaa niiden alkuperän jäljittämistä. Professori tohtori Anna Franckowiak, joka johtaa Multi-Wavelength and Multi-Messenger Astronomy Working Groupia, toivoo löytävänsä Linnunradalta supernovan, joka voisi tuottaa suuria määriä neutriinoja.

Havaintomenetelmien parantaminen

IceCube-tiimi kehittää uusia teknologioita parantaakseen neutriinojen havaitsemista ja analysointia. Osana IceCube-päivityksen Gen2-esivaihetta, jonka on määrä valmistua vuoteen 2024 mennessä, kehitetään älykkäitä tiedonsiirtojärjestelmiä sekä uusia, tehokkaampia optisia antureita. Nämä anturit voivat kerätä lähes kolme kertaa enemmän valoa kuin nykyiset mallit. 24 pikselin antureiden käyttö yhden pikselin antureiden sijasta ja aallonpituudensiirtimiä valonläpäisyn parantamiseksi on lisäedistystä.

Koneoppimismenetelmiä käytetään myös neutriinotapahtumien tehokkaampaan luokitteluun. Nämä tekniikat mahdollistavat mittaustietojen nopeutetun suodattamisen, jolloin tiimi voi tehdä heikotkin signaalit näkyvämmiksi. Vuonna 2023 Linnunradan neutriinosignaali tehtiin näkyväksi, mikä on merkittävä askel tutkimuksessa.

Kosmisen säteen haaste

Menestyksistään huolimatta IceCube ei ole aiemmin löytänyt neutriinolähdettä, jolla olisi vaadittu merkitys. Lähde katsotaan todistetuksi vain, jos kosmisen alkuperän todennäköisyys on 1:1,7 miljoonaa (5 sigmaa). Toistaiseksi neutriino, jonka todennäköisyys on 3 sigmaa, on osoitettu blazarille, muiden vuosina 2022 ja 2023 havaittujen neutriinojen todennäköisyydet olivat 3,2 sigmaa ja 4,2 sigmaa, jotka liittyivät aktiiviseen galaktiseen ytimeen. Tästä huolimatta näiden hiukkasten alkuperän etsiminen on edelleen keskeinen haaste.

Eri tutkimusprojektien tulosten, kuten edellä mainitun KM3NeT:n kanssa tehdyn yhteistyön ja parannettujen havaitsemismenetelmien yhdistäminen voisi valaista kosmisten säteiden mystistä käyttäytymistä tulevaisuudessa. Tutkijat ovat vakuuttuneita siitä, että IceCube-kokeilun jatkokehitys auttaa merkittävästi ymmärtämään maailmankaikkeutta.