Нашата галактика, видяна през нов обектив: неутриното

Най-сетне, това е истинска неутринна астрономия

Ваня Милева Последна промяна на 30 юни 2023 в 08:53 9297 0

Комбинирано изображение на Млечния път, снимка от проекта на ESO GigaGalaxy Zoom project и IceCube Neutrino Observatory
Комбинирано изображение на Млечния път, снимка от проекта на ESO GigaGalaxy Zoom project и IceCube Neutrino Observatory

Учени са направили първото изображение на Млечния път с помощта на неутрино.

Тези субатомни частици с изключително ниска маса нямат електрически заряд и преминават лесно през газ, прах и дори звезди по пътя си от местата, където се зараждат, до детекторите тук, на Земята. Високоенергийните неутрино преминават през целия космос, но откъде идват обикновено е загадка.

Сега, комбинирайки изкуствен интелект и данни, събирани в продължение на десетилетие с детектора IceCube в Антарктида, изследователите са открили първите доказателства за високоенергийни неутрино, които произхождат от вътрешността на Млечния път, и са нанесли частиците върху изображение на равнината на галактиката. За първи път нашата галактика е изобразена с нещо различно от светлина.

Картата включва предложения за конкретни високоенергийни източници на неутрино в Млечния път, които може да са остатъци от минали експлозии на свръхнови, ядра на колапсирали звезди свръхгиганти или други все още неидентифицирани обекти, съобщава екипът в Science от 30 юни. Необходими са обаче още изследвания, за да се откроят ясно тези видове характеристики от данните.

Физиците използват призрачните субатомни частици, идващи от нашата галактика, за да направят нова карта
Снимка на детектора за неутрино IceCube в Антарктида с изглед към Млечния път и светлините на полярното сияние (aurora australis). Изкуственият интелект помогна да се изберат неутриновите игли от купа сено от данни, събрани от неутриновия детектор IceCube (на снимката - надземната лаборатория) в Антарктида, за да се състави нова карта на Млечния път. Кредит: Yuya Makino, IceCube/NSF

Преди това само няколко високоенергийни неутрино са били проследени до потенциалните им места на зараждане, всички извън Млечния път. Сред тях са две, които изглежда са дошли от черни дупки, раздробяващи звездите си спътници, и други от силно активна галактика, известна като блазар.

"В наши дни съвсем недвусмислено наблюдаваме неутрино както от галактическото, така и от извънгалактическото пространство", заявява физикът Кейт Шолбърг (Kate Scholberg) от Университета Дюк, която не е участвала в изследването. "Има още много какво да научим и може да бъде изключително забавно да разберем как да видим Вселената с очите на неутриното."

Неутринната астрономията потенциално може да ни позволи да видим далечни обекти по начин, който не може да се сравни с никой друг телескоп. Това е така, защото неутриното може да прекоси огромни пространства, без да бъде погълнато или отклонено. От друга страна, рентгеновите лъчи, гама лъчите, оптичната светлина и заредените частици, които съставляват космическите лъчи, могат да бъдат отклонени или погълнати по пътя си, което може да замъгли техния произход.

За физика Наоко Курахаши Нилсън (Naoko Kurahashi Neilson) от Университета "Дрексел" във Филаделфия картата, която тя и екипът ѝ са изготвили, е най-новият принос към промяната в науката за неутриното. В миналото обсерваториите за неутрино като IceCube не са предоставяли такива гледки към небето, каквито предлагат телескопите, разчитащи на оптична светлина, рентгенови лъчи или гама лъчи.

"Когато за първи път се присъединих към IceCube, разказва Курахаши Нилсон, слагах кавички, когато използвах израза "неутринна астрономия". "Вече не го правя... не ми се налага, защото започваме да разграничаваме различни обекти" в изображенията на неутрино, които приличат на астрономическите изображения от други телескопи.

Три начина за картографиране на Млечния път

В тези три изгледа Млечният път се вижда във видима светлина (горе), в гама-лъчи (в средата) и във високоенергийни неутрино (долу). Тази първа по рода си карта, базирана на елементарни частици, се основава на данни, събрани с огромния детектор IceCube, вграден дълбоко в леда на Антарктида. Прахът закрива части от картата на видимата светлина, а гама лъчите могат да идват от различни източници. Неутриното има потенциала да определи местата, където високоенергийните космически лъчи, идващи от остатъците от свръхнови, ядрата на колапсирали звездни гиганти и други все още неидентифицирани източници, взаимодействат с праха в галактиката, създавайки неутриното.

Кредит: IceCube collaboration/science 2023

Недостатъкът на неутриното е, че то се открива изключително трудно. Експериментът IceCube е огромен, за да преодолее този проблем. Той се състои от 5160 сензора в кубичен масив със страна един километър, вграден дълбоко в антарктическия лед. Големият размер на експеримента увеличава шансовете да се види малка част от неутриното, летящо в пространството от Млечния път и други места в космоса.

Обсерваторията за неутрино IceCube. Кредит: IceCube/NSF

От около 100 000 неутрино, които учените от IceCube наблюдават всяка година, някои оставят дълги следи в детектора, които потенциално насочват към мястото, откъдето са дошли неутрино. Много от сигналите за неутрино в IceCube обаче са известни като каскадни събития. Те предизвикват светлинни взривове в детектора, но не разкриват произхода на неутриното така добре, както следите.

"Това са данни, които преди сме изхвърляли от астрономията", разказва Курахаши Нилсон. В данните все още има информация, която показва откъде идват неутриното. Но е трудно да се идентифицират обещаващите каскади в стотиците хиляди безсмислени, фонови събития, които IceCube е събрал.

Курахаши Нилсън решава да се заеме с предизвикателството, преравяйки данните за каскади от IceCube за едно десетилетие с помощта на система за изкуствен интелект, позната като невронна мрежа. "Можете да обучите невронните мрежи да определят кои събития си струва да бъдат запазени ... [и] кои събития са по-скоро фонови", обяснява Курахаши Нилсън.

Това е подход, който Курахаши Нилсън прилага за първи път през 2017 г. и постоянно подобрява, докато тя и колегите ѝ не успяват да идентифицират неутриното, използвано в новата карта.

"Това е впечатляващ анализ и е възможно техниките все още да не са изчерпани до краен предел", коментира Шолберг. "Ясно е, че трябва да се свърши още много работа, но е много вълнуващо да се види, че основното очакване [за неутриното на Млечния път] е потвърдено. Това е важна стъпка напред в разбирането на небето на високоенергийните частици."

Справка: M. Ackermann et al. Observation of high-energy neutrinos from the galactic planeScience. Vol. 30, June 30, 2023, p. 1,338. doi: 10.1126/science.adc9818.

Източник: Neutrinos offer a new view of the Milky Way, Science News

Най-важното
Всички новини
За писането на коментар е необходима регистрация.
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!

Няма коментари към тази новина !