IceCube oppdager høyenerginøytrinoer fra Milky Way – Physics World

IceCube oppdager høyenerginøytrinoer fra Milky Way – Physics World

Tidsstempel: 4. juli 2023 9:29

Melkeveien i nøytrinoer
Kosmisk visjon: en kunstners inntrykk av Melkeveien sett gjennom nøytrinoer (med tillatelse: IceCube Collaboration/US National Science Foundation (Lily Le & Shawn Johnson)/ESO (S. Brunier)).

Høyenerginøytrinoer som dukker opp fra Melkeveien har blitt oppdaget for første gang. Det er ifølge nye funn fra IceCube Neutrino Observatory ved Amundsen–Scott South Pole Station som åpner en ny vei for multi-budbringer-astronomi ved å observere Melkeveien i partikler i stedet for lys.

Nøytrinoer er fundamentale partikler som har svært små masser og knapt samhandler med annen materie, men de fyller universet med billioner som passerer ufarlig gjennom kroppen din hvert sekund.

Tidligere har nøytrinoer som er milliarder av ganger mer energisk enn de som produseres av fusjonsreaksjoner i vår sol, blitt oppdaget fra ekstragalaktiske kilder som kvasarer. Teori forutsier imidlertid at nøytrinoer med høy energi også bør produseres i Melkeveien.

Når astronomer ser på planet til galaksen vår, ser de Melkeveien lyser opp med gammastråleutslipp som produseres når kosmiske stråler fanget av galaksens magnetfelt kolliderer med atomer i det interstellare rommet. Disse kollisjonene skulle også produsere høyenerginøytrinoer.

Forskere har nå endelig funnet overbevisende bevis for disse nøytrinoene ved å bruke maskinlæringsteknikker for å sile gjennom ti år med data fra IceCube Neutrino Observatory, som inkluderer rundt 60 000 nøytrinohendelser. "[Akkurat som gammastråler], er nøytrinoene som vi observerer fordelt over hele det galaktiske planet," sier Francis Halzen fra University of Wisconsin–Madison, som er IceCubes hovedetterforsker.

Kaskadehendelser

IceCube-detektoren er dannet av en kubikkkilometer med is begravd under Sydpolen og trukket gjennom med 5160 optiske sensorer som ser etter blink av synlig lys ved de sjeldne tilfellene en nøytrino samhandler med et molekyl av vannis. Når en nøytrinohendelse inntreffer, forlater nøytrinoen enten et langstrakt spor eller en "kaskadehendelse" hvor nøytrinoens energi konsentreres i et lite, sfærisk volum inne i isen.

Når kosmiske stråler samhandler med materie i det interstellare mediet produserer de kortlivede pioner som raskt forfaller. "Ladede pioner forfaller til nøytrinoene oppdaget av IceCube og nøytrale pioner forfaller til to gammastråler observert av [NASAs] Fermi [Gamma-ray Space Telescope]," fortalte Halzen Fysikkens verden.

Nøytrinoene hadde tidligere blitt uoppdaget fordi de ble overdøvet av et bakgrunnssignal av nøytrinoer og myoner forårsaket av kosmisk-stråleinteraksjoner mye nærmere hjemmet, i jordens atmosfære.

Denne bakgrunnen etterlater spor som kommer inn i detektoren, mens nøytrinoene med høyere energi fra Melkeveien er mer sannsynlig å produsere kaskadehendelser. Maskinlæringsalgoritmen utviklet av IceCube-forskere ved TU Dortmund-universitetet i Tyskland var i stand til å velge bare for kaskadehendelser, og fjernet mye av den lokale interferensen og lot signalet fra Melkeveien skille seg ut.

Selv om det er vanskeligere å få informasjon om retningen en nøytrino har kommet fra i en kaskadehendelse, sier Halzen at kaskadehendelser kan rekonstrueres med en presisjon på «fem grader eller så». Selv om dette utelukker å identifisere spesifikke kilder til nøytrinoer i Melkeveien, sier Halzen at det er tilstrekkelig å observere strålingsmønsteret fra galaksen og matche det med det som observeres av gammastråler av Fermi-romteleskopet.

Det neste trinnet for teamet er å prøve å identifisere spesifikke kilder til nøytrinoer i Melkeveien. Dette kan være mulig med den fornyede IceCube, kalt Gen2, som vil øke størrelsen på detektorområdet til ti kubikkkilometer is når det blir fullt operativt innen 2032.

Resultatene er publisert i Vitenskap.

Tidstempel:

Mer fra Fysikkens verden