High-Energy Neutrinos Herald en ny Dawn of Particle Astronomy


Nyshimmens stjerneskjærne bringer nyheter fra kososens fjerne kanter, som lys fyller astronomernes teleskoper med de bisarre og vidunderlige prosessene i universet. Men lys kan ikke fortelle hele historien - ofte avslører det bare et objekts overfladiske glød. For bedre å forstå kjernene til kraftige astrofysiske objekter studerer forskere individuelle partikler som kan fortelle en førstehånds fortelling om de ekstreme hendelsene som lanserer dem utover med enorm hastighet. En lo

Nyshimmens stjerneskjærne bringer nyheter fra kososens fjerne kanter, som lys fyller astronomernes teleskoper med de bisarre og vidunderlige prosessene i universet. Men lys kan ikke fortelle hele historien - ofte avslører det bare et objekts overfladiske glød. For bedre å forstå kjernene til kraftige astrofysiske objekter studerer forskere individuelle partikler som kan fortelle en førstehånds fortelling om de ekstreme hendelsene som lanserer dem utover med enorm hastighet. En lovende ny grense har nettopp åpnet som burde styrke disse undersøkelsene.

I mer enn et århundre har forskere fanget partikler kjent som kosmiske stråler for å samle ledetråder om universet. Kosmiske stråler er ladede partikler (hovedsakelig protoner) utløst av kosmiske utbrudd. Noen har så mye energi som en tennisball servert på 90 miles per time. Dessverre er det umulig å spore en kosmisk stråle tilbake til sin kilde i himmelen; magnetfelt vri veiene til ladede partikler i knuter før partiklene når jorden.

De lette, nøytrale partiklene, kjent som neutrinos, har ikke det problemet. Neutrinoer er kjent for sin spøkelsesoppførsel - de kan dukke opp fra midten av en voldsom utbrudd, zip rett over universet og passere rent gjennom jordens atmosfære. Disse egenskapene gjør neutrinos utsøkte bærere av astronomisk informasjon. Trikset fanger dem når de kommer.

Forskere har konstruert en gigantisk neutrino detektor, kjent som IceCube, en kilometer under Antarktis-isen i håp om netting disse astronomiske neutrinene. Og tidligere i år annonserte IceCube-prosjektet at det hadde funnet 28 nøytriner så energiske at de måtte ha kommet fra utenfor solsystemet. To av nøytrinene, fremhevet i en juli-studie i Fysiske Review Letters, bærer så mye energi - hundrevis av ganger partiklene i Large Hadron Collider - de kjærlige astronomene har utpekt dem med navn: Ernie og Bert.

Når det gjelder de som fødte disse høy-energi nøytrinene, spekulerer overflod. De kunne ha kommet ut fra gammastråleskudder, mystiske og kortvarige katastrofer som kort rangerer som de lyseste gjenstandene i universet; sjokkbølger fra eksploderende stjerner; eller såkalte blazars, energistråler drevet av supermassive svarte hull. Eller Ernie og Bert kan være partikkelen av mørk materie, de uidentifiserte ting som gir mye av universets masse - eller kanskje til og med et tegn på mer eksotiske fenomener.

I sannhet kan forskere ikke absorbere mye fra bare 28 partikler. Hittil ser høyeergin nøytrinene ikke ut til å peke tilbake til en bestemt kilde, noe som vil gi forskere mer å fortsette. "Alle leser tebladene, " sier Francis Halzen, direktør for IceCube Particle Astrophysics Center ved University of Wisconsin-Madison. Men med IceCube forventes å løpe i minst et tiår, er æra av partikkel-astronomi bare begynnelsen.

Denne artikkelen ble opprinnelig utgitt med tittelen "En kosmos av partikler" i 309, 5, 15 (november 2013)