Bugün öğrendim ki: Bir nötrinonun bir kurşun atomuna çarpma olasılığı %50 iken, bir ışık yılı kalınlığındaki kurşunun içinden geçmesi mümkündür.
Nötrinoların kökenlerinin belirlenmesi bilindiği gibi son derece zordur. Evren, gökyüzünün her yerinden gelen bu hayaletsi parçacıklarla doludur. Ancak yıllardır, nötrinoların gizemli doğası, gökbilimcilerin onları ürettiği bilinen sadece bir galaksiyi kesin olarak işaret edebilmeleri anlamına geliyordu.
Şimdi, ikinci bir galaksi için güçlü kanıtlar var: Cetus takımyıldızında bulunan parlak sarmal M77 (NGC 1068). Science dergisinde 3 Kasım'da yayınlanan bir makalede, araştırmacılar Güney Kutbu'ndaki IceCube nötrino gözlemevinden gelen yeni gözlemleri ve makine öğrenimine dayalı gelişmiş analiz tekniklerini bildirdi. Sonuçlar bir araya getirildiğinde, M77'nin IceCube'un son on yılda tespit ettiği 79 nötrinonun kaynağı olduğunu gösteriyor.
Bu yorum, M77'nin tozla gizlenmiş merkezindeki süper kütleli kara deliğin, güçlü bir parçacık hızlandırıcısı görevi gören bir manyetik alana sahip olduğunu gösteriyor. Ancak aynı zamanda daha büyük bir astronomik gizem için de cevaplar içeriyor: nötrinolar nasıl üretiliyor ve bu süreç gökbilimcilerin gökyüzünde tespit ettiği diğer yüksek enerjili ışık ve madde biçimleriyle - kozmik ışınlar ve gama ışınlarıyla - nasıl ilişkili? Madison'daki Wisconsin Üniversitesi'nde bir parçacık fizikçisi olan ve IceCube'un baş araştırmacısı Francis Halzen, M77'de IceCube'un kozmik ışınların kökenine bir bakış elde edebileceğini söylüyor. Her durumda, Halzen daha fazla sonuç elde edileceği konusunda iyimser: "Astronominin en eski problemini çözecek araçlara sahip olduğumuzu düşünüyorum."
Kaçınılmaz parçacıklar
Teori, nötrinoların uzayın en enerjik ve şiddetli bölgelerinden bazılarında oluştuğunu tahmin ediyor: örneğin, kozmik ışınlar toz ve radyasyona çarptığında galaksilerin çekirdekleri. Bu çarpışmaların radyoaktif kalıntıları sonunda nötrinolara ve gama ışınlarına dönüşüyor.
Bununla birlikte, bunu gözlemlemek kolay değil. Nötrinolar nadir değildir - her saniye vücudunuzdan yaklaşık 100 trilyon nötrino geçer. Zorluk, aynalar ve lensler tarafından kolayca yansıtılan veya bükülen ışıkla aksine, nötrinoların maddeyle neredeyse hiç etkileşime girmemesidir. Bir nötrino, bir atomla etkileşime girme şansı %50 olana kadar bir ışık yılı boyunca kurşundan geçebilir.
2017'de IceCube, çoklu haberci astronomi kampanyasının ilk örneklerinden birinde kilit rol oynadı; gözlemevi Orion'daki bir noktadan gelen özellikle enerjik bir nötrino tespit etti. Yeryüzü ve uzay tabanlı teleskoplardan - NASA'nın Fermi gama ışını teleskobu dahil - gelen takip gözlemleri, elektromanyetik spektrumun tümünde çalışarak nötrinonun muhtemelen gama ışınları parlaması üretmek üzere olan bilinen bir blazar olan TXS 0506+056'dan geldiğini gösterdi.
Blazarlar, nötrino üretmek için en iyi adaylardır: Merkezlerinde, Dünya'ya doğrudan yönelmiş ışık hızına yakın hızlarda malzeme fışkırtan süper kütleli kara delikler bulunur. Ancak, IceCube'un TXS 0506+056'dan tespit ettiği nötrino miktarı, blazarlar gökyüzünde görülen tüm nötrinoların tek kaynağı olsaydı gökbilimcilerin beklediğinden çok daha azdır.
Bu durum, gökbilimcileri, gama ışınları "gizlenmiş" olan - belki de gizlenmiş olan - başka galaksi türlerinin de nötrino üretebileceğinden şüphelenmeye yöneltti. 2020 yılında yayınlanan IceCube verilerinin analizi, böyle bir aday galaksiyi belirledi: yaklaşık 30 ila 60 milyon ışık yılı uzaklıktaki Cetus takımyıldızında bulunan M77. Çekirdeğinde blazarlarda görülen güçlü püskürtmeler olmasına rağmen, düzinelerce nötrino kaynağı olduğu görüldü. Penn State Üniversitesi'nde astrofizikçi olan ve çalışmaya dahil olmayan Khota Murase, Astronomy'ye gönderdiği bir e-postada, "Bu, gama ışınıyla gizlenmiş kozmik ışın hızlandırıcısının net bir örneği" dedi.
Ancak 2020 itibarıyla kanıtlar, IceCube ekibinin M77'yi net bir tespit olarak iddia etmesi için yeterince güçlü değildi; ekibin analizine göre, istatistiksel anlamlılık 2.9 sigmaydı, yani M77'nin konumundan gelen nötrino birikiminin rastgele bir olay olma olasılığının yaklaşık olarak 500'de 1 olduğu anlamına geliyordu. Halzen, "Bu gerçek miydi yoksa bu dalgalanmalar mıydı?" diye soruyor. Ancak yeni makaleyle, "Şimdi bu soruyu yanıtladık" diyor.
Gelişmiş analiz
Yeni analiz, nötrino yollarının ve enerjilerinin doğruluğunu artırmak için makine öğrenimi teknikleri de dahil olmak üzere bir dizi geliştirme içeriyor. Ekip ayrıca, buzun optik özelliklerini ve IceCube'un nötrinolara yönelik yönsel hassasiyetini daha iyi anladıklarını söylüyor. Bu faktörler, bulgunun istatistiksel anlamlılığını 4.2 sigmaya çıkarıyor. Bu, fizikte altın standart olarak kabul edilen 5 sigma eşiğinin hala altında, yani sinyalin rastgele bir hata olma olasılığının yalnızca 3.5 milyonda 1 olduğu anlamına geliyor. Yine de, makaleye eşlik eden Science için bir yorum yazan Murase'ye göre, "büyük bir ilerleme".
IceCube, ivmesini korumayı planlıyor. 2025 ve 2026 yıllarını kapsayan Güney Kutbu yaz mevsiminde, gözlemevi daha fazla sensör ve yeni kalibrasyon cihazlarıyla yükseltilecek. Eklenenler, teleskopun hassasiyetini artıracak ve aynı zamanda 15 yıllık verilerin başka bir gelişmiş yeniden analizine olanak sağlayacak, diyor Halzen.
Ekip ayrıca, mevcut gözlemevinin sekiz katı hacimli, M77 gibi kaynakları 5 sigma seviyesinde doğrulayabilecek bir IceCube'un yeni nesil versiyonunu önerdi ve bu da geçen yılki astronomi on yıllık araştırması tarafından onaylandı.