En kunstnerisk illustrasjon av en blazar som akselererer kosmiske stråler, nøytrinoer og fotoner opp til høye energier. Jeg © Benjamin Amend
ABSTRACT bryter ned tankevekkende vitenskapelig forskning, fremtidig teknologi, nye oppdagelser og store gjennombrudd.
Forskere har oppdaget at en spesiell type “spøkelsespartikkel” sannsynligvis er smidd av gigantiske sorte hull kjent som blazarer, et funn som kaster lys over noen av de mest fristende mysteriene om universet vårt, for eksempel opprinnelsen til partikler kalt kosmiske stråler.
Kosmiske stråler er ekstremt energiske biter av atomstoff som skyter over verdensrommet med nær lyshastighet, noe som tyder på at de kommer fra kraftige gjenstander som fungerer som naturlige partikkelakseleratorer. En måte å finne kilder til kosmiske stråler på er å lete etter astrofysiske nøytrinoer, en annen type høyenergipartikler som sannsynligvis er smidd av de samme intense mekanismene som kosmiske stråler.
Nøytrinoer kalles noen ganger spøkelsespartikler fordi de er så lette at de knapt reagerer på materie, og passerer uanstrengt gjennom kroppene våre og planetene våre som Jorden. Selv om dette gjør dem ekstraordinært vanskelige å fange, betyr det også at nøytrinoer vanligvis reiser i en rett linje gjennom verdensrommet, slik at astronomer noen ganger kan spore dem tilbake til et bestemt område på himmelen. Å oppdage kilden til astrofysiske nøytrinoer kan derfor indirekte peke på de naturlige romfabrikkene som spyr ut kosmiske stråler.
Nå har forskere ledet av Sara Buson, en astronom ved Julius Maximilian University of Würzburg presentert nye bevis på at blasarer “er astrofysiske nøytrinofabrikker og dermed ekstragalaktiske kosmiske stråler,” ifølge en nylig publisert studie i Astrofysiske journalbrev.
Blazarer har allerede blitt fløt som en potensiell kilde til kosmiske stråler, men den nye studien er den første som viser “en fast indirekte deteksjon av ekstragalaktiske kosmiske stråler,” sa Buson og hennes kolleger i studien.
“Nøytrinoer er de mest unnvikende partiklene i universet, i stand til å reise nesten uhindret over det,” sa forskerne. “Til tross for den enorme mengden data som er samlet inn, er et langvarig og uløst problem fortsatt assosiasjonen av høyenerginøytrinoer med de astrofysiske kildene som stammer fra dem.”
“Blant kandidatkildene til nøytrinoer er det blazarer, en klasse ekstragalaktiske kilder drevet av supermassive sorte hull som mater svært relativistiske jetfly, pekt mot jorden,” fortsatte de. “Tidligere studier virker kontroversielle, med flere forsøk som hevder en tentativ kobling mellom høyenergi-nøytrino-hendelser og individuelle blazarer, og andre som setter spørsmålstegn ved en slik sammenheng. I dette arbeidet viser vi at blasarer er utvetydig assosiert med høyenergiske astrofysiske nøytrinoer på et enestående nivå av selvtillit.»
Buson og hennes kolleger kom til denne konklusjonen etter å ha kryssreferanser data fra IceCube Neutrino Observatory i Antarktis, som er den mest følsomme nøytrinodetektoren på jorden, med BZCat, en katalog med mer enn 3500 objekter som sannsynligvis er blazarer. Teamet utførte en statistisk analyse for å se om astrofysiske nøytrinoer fanget i “hotspots” på IceCube kan peke tilbake til spesifikke blazere i BZCat.
Resultatene avslørte at 10 av de 19 IceCube-hotspotene på den sørlige himmelen sannsynligvis er knyttet til blazarer, noe som tyder på at astrofysiske nøytrinoer, og derfor kosmiske stråler, har sin opprinnelse i disse eksplosive miljøene. Det er ikke dermed sagt at alle blazarer produserer disse høyenergipartiklene, eller at høyenerginøytrinoer og kosmiske stråler bare kommer fra blasarer. Men den klare forbindelsen mellom partiklene og minst én kilde er likevel et stort skritt fremover når det gjelder å forstå høyenergiuniverset.
“Kosmiske stråler er ladede partikler av energi opp til 1020 [electronvolts], langt høyere enn den kraftigste menneskeskapte partikkelakseleratoren, dvs. Large Hadron Collider (LHC),» sa forskerne i studien. “Arten og opprinnelsen til disse partiklene som kommer fra det dype ytre rom forblir unnvikende og representerer en fremste utfordring for astropartikkel- og astrofysikkfeltene.”
Gitt at astrofysiske nøytrinoer er “unike røykepistolsignaturer for en kosmisk strålekilde,” la teamet til, er det viktig å fortsette å lete etter disse energiske spøkelsespartiklene med neste generasjons nøytrino-detektorer.