19 април 2021
Категории
  •  Космос
  •  Физика
  •  Науки за земята
  •  Биология
  •  Медицина
  •  Математика
  •  Научни дискусии
  •  Разни
FACEBOOK

Призрачна частица от разкъсана звезда разкрива космически ускорител на частици (видео)

| ПОСЛЕДНА ПРОМЯНА 24 февруари 2021 в 00:02 26720
След като свръхмасивната черна дупка разкъсва звезда, приблизително половината от звездните отломки са изхвърлени обратно в космоса, докато останалата част образува светещ акреционен диск около черната дупка. Системата свети ярко през много дължини на вълните и се смята, че е произвела високоенергийни, подобни на джетове струи, изтичащи перпендикулярни на акреционния диск. Мощен ускорител близо до акреционния диск изхвърля тези бързи субатомни частици. Кредит: DESY, Science Communication Lab

Проследявайки призрачни частици до разкъсана звезда, учените откриват гигантски космически ускорител на частици. Частиците неутрино са изхвърлени към Земята, след като обречената звезда се приближава твърде близо до свръхмасивната черна дупка в центъра на нейната галактика и е разкъсана от колосалната гравитация на черната дупка.

Това е първата частица, която може да бъде проследена до такова „приливно-разрушително събитие“ (TDE - tidal disruption event) и предоставя доказателства, че тези малко изследвани космически катастрофи могат да бъдат мощни природни ускорители на частици, коментира екипът, ръководен от Робърт Щайн (Robert Stein) от DESY, най-големият изследователски център на Германия в областта на физиката на елементарните частици.

Наблюденията също така демонстрират силата на изследването на космоса чрез комбинация от различни „пратеници“ като фотони (частиците на светлината) и неутрино.

"Произходът на космическите високоенергийни неутрино е неизвестен, най-вече защото самите те трудно се улавят", коментира астрофизикът Сьоерт ван Велзен (Sjoert van Velzen), съавтор на изследването от Университета в Лайден, Холандия.

"Този резултат е евентуално едва вторият, когато неутрони с висока енергия са проследени до техния източник".

Кредит: DESY, Science Communication Lab

Частицата неутрино започва своето пътешествие преди около 700 милиона години, по времето, когато са еволюирали първите животни на Земята. Това е времето, необходимо на частицата, за да стигне от далечната безименн галактика (каталогизирана като 2MASX J20570298 + 1412165) в съзвездието Делфин (Delphinus) до Земята. Учените изчисляват, че огромната черна дупка е колкото 30 милиона слънца.

"Силата на гравитацията става все по-голяма и по-голяма, колкото повече се доближавате до черната дупка. Това означава, че гравитацията на черната дупка привлича близката страна на звездата по-силно от далечната страна на звездата, което води до разтягащ ефект", обяснява Щайн. "Тази разлика се нарича приливна сила и когато звездата се приближи, това разтягане става по-екстремно. В крайна сметка тя [приливната сила] разкъсва звездата и това събитие наричаме приливно разрушаване. Това е същият процес, който води до океанските приливи и отливи на Земята, но за наш късмет Луната не привлича толкова  силно Земята, за да я раздроби".

Около половината от отломките на звездата са изхвърлени в космоса, докато другата половина се задържа във въртящия се диск около черната дупка. Този акреционен диск е донякъде подобен на водовъртежа около отвора на вана. Преди да се потопи в черната дупка, материята от акреционния диск става все по-гореща и по-гореща и блести ярко. Този блясък е открит за първи път от съоръжението Zwicky Transient Facility (ZTF, наречен на родения в България астрофизик Фриц Цвики) на планината Паломар в Калифорния на 9 април 2019 г.

Половин година по-късно, на 1 октомври 2019 г., детекторът на неутрино IceCube на Южния полюс регистрира изключително високоенергийно неутрино от посоката на приливно-разрушителното събитие.

„То [неутриното] се разби в антарктическия лед със забележителната енергия от над 100 тераелектронволта“, отбелязва съавторът Анна Франковяк (Anna Franckowiak) от DESY, която сега е професор в Университета в Бохум. "За сравнение това е поне десет пъти максималната енергия на частиците, която може да бъде постигната в най-мощния ускорител на частици в света, Големия адронен ускорител в Европейската лаборатория по физика на частиците CERN близо до Женева."

Когато звездата се приближи до черната дупка, огромните приливни сили я разтягат все повече и повече, докато накрая я разкъсат. Половината от звездните отломки се връщат обратно в космоса, докато останалата част образува въртящ се акреционен диск, от който два силни джета материя се изстрелват нагоре и надолу. Системата действа като мощен ускорител на естествени частици. Кредит: DESY, Science Communication Lab

Изключително лекa

Изключително леките частици неутрино почти не взаимодействат с нищо, способни са преминат незабелязано не само през стени, но и през цели планети или звезди и поради това често ги наричат ​​частици-призраци. Така че, дори улавянето само на едно единствено високоенергийно неутрино вече е забележително наблюдение. Анализът показа, че конкретното неутрино има вероятност само 1 на 500 да бъде чисто съвпадение с TDE. Откриването предизвика по-нататъшни наблюдения на събитието с много инструменти в електромагнитния спектър, от радиовълни до рентгенови лъчи.

„Това е първото неутрино, свързано с приливно-разрушително събитие, и то ни носи ценни доказателства“, обяснява Щайн. "Процелите на приливно- разрушителното събитие не са добре разбрани. Откриването на неутрино сочи към съществуването на централен, мощен двигател близо до акреционния диск, изхвърлящ бързи частици. А комбинираният анализ на данни от радио, оптични и ултравиолетови телескопи ни дава допълнителни доказателство, че TDE действа като гигантски ускорител на частици".

Сърцето на тъмнината: Изглед на акреционния диск около свръхмасивната черна дупка, с подобни на джетове структури, изстрелващи се от диска. Екстремната маса на черната дупка огъва пространство-времето, позволявайки отсрещната страна на акреционния диск да се вижда като изображение над и под черната дупка. Кредит: DESY, Science Communication Lab

Наблюденията се обясняват най-добре с високоенергийно изтичане на бързи струи материя (джетове), излитащи извън системата, които се произвеждат от централния двигател и продължават стотици дни. Така обяснява данните от наблюденията теоретичният модел, публикуван в Nature Astronomy, на Уолтър Уинтър (Walter Winter), ръководител на теоретичната група по астрофизика в DESY и теоретикът Сесилия Лунардини (Cecilia Lunardini) от Държавния университет в Аризона.

"Неутриното се появи относително късно, половин година след началото на звездния спектакъл. Нашият модел обяснява този момент", отбелзва Уинтър.

Космическият ускорител изхвърля различни видове частици, но освен неутриното и фотоните, тези частици са електрически заредени и по този начин се отклоняват от междугалактическите магнитни полета по време на пътуването си. Само електрически неутралните неутрино могат да се движат по права линия като светлината от източника към Земята и така да станат ценни пратеници от такива системи.

„Комбинираните наблюдения демонстрират силата на астрономията от множество „пратеници““, коментира съавторът Марек Ковалски (Marek Kowalski), ръководител на отдела за неутринна астрономия в DESY и професор в Университета "Хумболт" в Берлин.

"Без засичането на приливно-разрушителното събитие неутриното би било само едно от многото. А без неутриното наблюдението на приливно-разрушителното събитие би било само едно от многото. Само чрез комбинацията бихме могли да намерим ускорителя и да научим нещо ново за процесите там".

Връзката между високоенергийното неутрино и приливно-разрушителното събитие е открита от сложен софтуерен пакет, наречен AMPEL, специално разработен в DESY за търсене на корелации между неутриното, улавяно в IceCube и астрофизични обекти, открити от Zwicky Transient Facility.

Върхът на айсберга?

Zwicky Transient Facility (ZTF) е проектирано да улавя стотици хиляди звезди и галактики с един поглед и може да наблюдава нощното небе особено бързо. В основата му е телеметърът Samuel-Oschin с диаметър 1,3 м. Благодарение на голямото си зрително поле, ZTF може да сканира цялото небе в продължение на три нощи, откривайки повече променливи и кратковременни обекти от всяко друго оптично наблюдателно съоръжение преди него.

„От старта ни през 2018 г. досега сме открили над 30 приливно-разрушителни събития, удвоявайки известния брой такива обекти“, обяснява Сьоерт ван Велзен. "Когато разбрахме, че вторият най-ярък TDE, наблюдаван от нас, е източникът на високоенергийно неутрино, регистрирано от IceCube, бяхме много развълнувани".

"Може би тук виждаме само върха на айсберга. В бъдеще очакваме да открием много повече асоциации между високоенергийните неутрино и техните източници", се надява Франсис Халзен (Francis Halzen), професор от Университета на Уисконсин-Мадисън и главен изследовател на IceCube, който не участва пряко в проучването.

"Изгражда се ново поколение телескопи, които ще осигурят по-голяма чувствителност към TDE и други потенциални източници на неутрино. Още по-важно е планираното разширение на детектора на неутрино IceCube, което би увеличило броя на космическите находки на неутрино поне десетократно".

Справка: A tidal disruption event coincident with a high-energy neutrino, Nature Astronomy (2021). DOI: 10.1038/s41550-020-01295-8 , www.nature.com/articles/10.1038/s41550-020-01295-8

Източник: 

Ghost particle from shredded star reveals cosmic particle accelerator,  Deutsches Elektronen-Synchrotron


Препоръчани материали

Няма коментари към тази новина !

 
Още от : Новини
Всички текстове и изображения публикувани в OffNews.bg са собственост на "Офф Медия" АД и са под закрила на "Закона за авторското право и сродните им права". Използването и публикуването на част или цялото съдържание на сайта без разрешение на "Офф Медия" АД е забранено.