Nowe rekordowe neutrino: Naukowcy zastanawiają się nad kosmicznymi źródłami!

Nowe rekordowe neutrino: Naukowcy zastanawiają się nad kosmicznymi źródłami!

Detektor neutrin IceCube, który znajduje się na biegunie południowym i sięga do 2,5 km w głąb lodu, jest używany od 2009 roku do badania źródeł promieni kosmicznych. Naukowcy, w tym badacze z Uniwersytetu Ruhr w Bochum, stoją przed wyzwaniem polegającym na tym, że większość wykrytych neutrin pochodzi z atmosfery ziemskiej. Fakt ten utrudnia jednoznaczną identyfikację źródeł kosmicznych. Neutrina nazywane są „cząstkami duchami”, ponieważ przechodzą przez materię, nie wchodząc z nią w interakcję. Jednak niedawno IceCube dokonał znaczącego postępu: wykryto niezwykle wysokoenergetyczne neutrino kosmiczne o energii 220 petaelektronowoltów, czyli 22 biliardów razy większej od energii elektronu. Odkrycie to zostało zarejestrowane przez Teleskop Neutrino Kilometrów Cube (KM3NeT) na Morzu Śródziemnym i stanowi nowy rekord w astronomii neutrin, po tym jak IceCube wcześniej wykrył neutrina przy 6,5 petaelektronowoltach i 10 petaelektronowoltach.

Naukowcy w dalszym ciągu intensywnie pracują nad ustaleniem pochodzenia tych neutrin. Pochodzenie niedawno wykrytego neutrina i proces jego powstawania są obecnie niejasne, możliwymi źródłami mogą być aktywne supermasywne czarne dziury lub eksplozje supernowych. Naładowane cząstki, takie jak protony, są odchylane przez pola magnetyczne, co utrudnia śledzenie ich pochodzenia. Prof. dr Anna Franckowiak, kierująca Grupą Roboczą ds. Astronomii Wielofalowej i Wieloposłanniczej, ma nadzieję odkryć w Drodze Mlecznej supernową, która mogłaby wytworzyć duże liczby neutrin.

Udoskonalanie metod wykrywania

Aby usprawnić wykrywanie i analizę neutrin, zespół IceCube opracowuje nowe technologie. W ramach wstępnej fazy modernizacji IceCube Gen2, która ma zakończyć się do 2024 roku, trwają prace nad inteligentnymi systemami odczytu do transmisji danych oraz nowymi, mocniejszymi czujnikami optycznymi. Czujniki te mogą zebrać prawie trzy razy więcej światła niż obecne modele. Oczekuje się, że dalszym postępem będzie zastosowanie czujników 24-pikselowych zamiast czujników jednopikselowych i przesuwników długości fali w celu poprawy transmisji światła.

Metody uczenia maszynowego są również wykorzystywane do skuteczniejszej klasyfikacji zdarzeń neutrinowych. Technologie te umożliwiają przyspieszone filtrowanie odpowiednich danych z pomiarów, dzięki czemu zespół może uwidocznić nawet słabe sygnały. W 2023 roku uwidoczniono sygnał neutrin Drogi Mlecznej, co stanowi znaczący krok w badaniach.

Wyzwanie promieni kosmicznych

Pomimo swoich sukcesów IceCube nie odkrył w przeszłości źródła neutrin o wymaganym znaczeniu. Źródło uważa się za udowodnione tylko wtedy, gdy prawdopodobieństwo pochodzenia kosmicznego wynosi 1:1,7 miliona (5 sigma). Dotychczas do blazara przypisano neutrino z prawdopodobieństwem 3 sigma, inne neutrina wykryte w latach 2022 i 2023 miały prawdopodobieństwa odpowiednio 3,2 sigma i 4,2 sigma, co wiązało się z aktywnym jądrem galaktycznym. Niemniej jednak poszukiwanie pochodzenia tych cząstek pozostaje głównym wyzwaniem.

Połączenie wyników różnych projektów badawczych, takich jak wspomniana współpraca z KM3Net i udoskonalone metody wykrywania, może w przyszłości rzucić światło na tajemnicze zachowanie promieni kosmicznych. Naukowcy są pewni, że dalsze postępy w eksperymencie IceCube w znaczący sposób przyczynią się do naszego zrozumienia Wszechświata.