IceCube upptäcker högenergineutriner inifrån Vintergatan – Fysikvärlden

IceCube upptäcker högenergineutriner inifrån Vintergatan – Fysikvärlden

Tidsstämpel: 4 juli 2023 9:29
Källnod: 2750191

Vintergatan i neutriner
Kosmisk vision: en konstnärs intryck av Vintergatan sett genom neutriner (med tillstånd: IceCube Collaboration/US National Science Foundation (Lily Le & Shawn Johnson)/ESO (S. Brunier)).

Högenergineutriner som dyker upp från Vintergatans galax har upptäckts för första gången. Det är enligt nya rön från IceCube Neutrino Observatory vid Amundsen–Scott South Pole Station som öppnar en ny väg för multibudbärarastronomi genom att observera Vintergatans galax i partiklar snarare än ljus.

Neutrinos är fundamentala partiklar som har mycket små massor och knappt interagerar med annan materia, men de fyller universum med biljoner som passerar ofarligt genom din kropp varje sekund.

Tidigare har neutrinos miljarder gånger mer energisk än de som produceras av fusionsreaktioner inom vår sol upptäckts från extragalaktiska källor som kvasarer. Teorin förutspår dock att neutriner med hög energi också bör produceras inom Vintergatan.

När astronomer tittar på planet för vår galax ser de Vintergatan lysa upp med gammastrålning som produceras när kosmiska strålar som fångas av vår galaxs magnetfält kolliderar med atomer i det interstellära rymden. Dessa kollisioner borde också ge högenergineutriner.

Forskare har nu äntligen hittat övertygande bevis för dessa neutriner genom att använda maskininlärningstekniker för att sålla igenom tio års data från IceCube Neutrino Observatory, som inkluderar cirka 60 000 neutrinohändelser. "[Precis som gammastrålar] är neutrinerna som vi observerar fördelade över hela det galaktiska planet", säger Francis Halzen från University of Wisconsin–Madison, som är IceCubes huvudutredare.

Kaskadhändelser

IceCube-detektorn är formad av en kubikkilometer is begravd under Sydpolen och uppträdd med 5160 optiska sensorer som tittar efter blixtar av synligt ljus vid de sällsynta tillfällen som en neutrino interagerar med en molekyl av vatten-is. När en neutrinohändelse inträffar lämnar neutrinon antingen ett långsträckt spår eller en "kaskadhändelse" där neutrinons energi koncentreras i en liten, sfärisk volym i isen.

När kosmiska strålar interagerar med materia i det interstellära mediet producerar de kortlivade pioner som snabbt sönderfaller. "Laddade pioner sönderfaller till de neutriner som detekteras av IceCube och neutrala pioner sönderfaller till två gammastrålar som observerats av [NASA:s] Fermi [Gamma-ray Space Telescope]," berättade Halzen Fysikvärlden.

Neutrinonerna hade tidigare blivit oupptäckta eftersom de dränktes av en bakgrundssignal av neutriner och myoner orsakade av interaktioner med kosmisk strålning mycket närmare hemmet, i jordens atmosfär.

Denna bakgrund lämnar spår som kommer in i detektorn, medan neutrinon med högre energi från Vintergatan är mer benägna att producera kaskadhändelser. Maskininlärningsalgoritmen utvecklad av IceCube-forskare vid TU Dortmund University i Tyskland kunde endast välja för kaskadhändelser, vilket tog bort mycket av den lokala störningen och lät signalen från Vintergatan sticka ut.

Även om det är svårare att få information om riktningen en neutrino har kommit ifrån i en kaskadhändelse, säger Halzen att kaskadhändelser kan rekonstrueras med en precision på "fem grader eller så". Även om detta utesluter identifiering av specifika källor till neutriner i Vintergatan, säger Halzen att det är tillräckligt att observera strålningsmönstret från galaxen och matcha det med det som observerats av gammastrålar av Fermi-rymdteleskopet.

Nästa steg för teamet är att försöka identifiera specifika källor till neutriner i Vintergatan. Detta kan vara möjligt med den förnyade IceCube, som heter Gen2, vilket kommer att öka storleken på detektorområdet till tio kubikkilometer is när det blir fullt operativt år 2032.

Resultaten publiceras i Vetenskap.

Tidsstämpel:

Mer från Fysikvärlden