Bildkredit: UW-Madison
Ett nytt teleskop som ligger in i Antarktis isen har slutfört den första kartan över den högenergiska neutrinohimlen. Den ser faktiskt ner genom hela jorden för att se den nordliga himlen för neutrinoer, som rör sig med hög hastighet och passerar nästan all materia obehindrad. AMANDA II har upptäckt neutrino med 100 gånger energin från alla som producerats i laboratorieexperiment på jorden.
Ett nytt teleskop som använder Antarktisisen som dess fönster mot kosmos har producerat den första kartan över den högenergiska neutrinohimlen.
Kartan, som presenterades för astronomer här idag (15 juli) vid ett möte i Internationella astronomiska unionen, ger astronomer sitt första spännande glimt av mycket högenergin neutrino, spöklika partiklar som tros komma från några av de mest våldsamma händelserna i universum - kraschar svarta hål, gammastrålar brister och våldsamma kärnor i avlägsna galaxer.
"Detta är de första uppgifterna med ett neutrino-teleskop med realistisk upptäcktspotential," säger Francis Halzen, professor i fysik från University of Wisconsin-Madison, om kartan sammanställd med AMANDA II, ett one-of-a-kind teleskop byggt med stöd från National Science Foundation (NSF) och sammansatt av matriser av ljussamlingsdetektorer begravda i is 1,5 kilometer under Sydpolen. "Hittills är detta det mest känsliga sättet någonsin att titta på den högenergiska neutrinohimlen," säger han.
Förmågan att upptäcka neutrinoer med hög energi och spåra dem tillbaka till sina ursprungspunkter är fortfarande en av de viktigaste uppgifterna för modern astrofysik.
Eftersom kosmiska neutrinoer är osynliga, oladdade och har nästan ingen massa är de nästan omöjliga att upptäcka. Till skillnad från fotoner, partiklarna som utgör synligt ljus och andra typer av strålning, kan neutrinoer passera obehindrat genom planeter, stjärnor, de stora magnetfältna i det interstellära rymden och till och med hela galaxer. Denna kvalitet - som gör dem mycket svåra att upptäcka - är också deras största tillgång eftersom informationen de har om kosmologiskt avlägsna och annars oobserverbara händelser förblir intakt.
Kartan som framställts av AMANDA II är preliminär, betonar Halzen, och representerar endast ett års data som samlas in av isbundet teleskop. Med hjälp av ytterligare två år med data som redan skördats med AMANDA II kommer Halzen och hans kollegor att definiera strukturen på himmelkartan och sortera ut potentiella signaler från statistiska fluktuationer i den aktuella kartan för att bekräfta eller motbevisa dem.
Kartans betydelse är enligt Halzen att den bevisar att detektorn fungerar. "Det fastställer teknikens prestanda," säger han, "och det visar att vi har nått samma känslighet som teleskop som används för att upptäcka gammastrålar i samma högenergiområde" i det elektromagnetiska spektrumet. Grovt lika signaler förväntas från föremål som påskyndar kosmiska strålar, vars ursprung förblir okänt nästan ett sekel efter deras upptäckt.
Tunnat djupt ned i den antarktiska isen, är AMANDA II (Antarctic Muon och Neutrino Detector Array) teleskopet utformat för att inte titta upp, utan neråt, genom jorden till himlen på norra halvklotet. Teleskopet består av 677 glasoptiska moduler, var och en på en bowlingkula, anordnade på 19 kablar placerade djupt i isen med hjälp av högtrycks varmvattenborrar. Arrayen förvandlar en iscylinder med en höjd av 500 meter och 120 meter i diameter till en partikeldetektor.
Glasmodulerna fungerar som glödlampor i omvänd riktning. De upptäcker och fångar svaga och flyktiga strimmor av ljus som skapas när neutrinoer ibland kraschar i isatomer i eller nära detektorn. De subatomära vrakarna skapar muoner, en annan art av subatomär partikel som bekvämt lämnar ett flyktigt vakande blått ljus i den djupa Antarktisisen. Ljusstrecket matchar neutrinoens väg och pekar tillbaka till dess ursprungspunkt.
Eftersom det ger den första inblicken av neutrinohimmelen med hög energi kommer kartan att vara av intresse för astronomer eftersom, säger Halzen, "vi har fortfarande ingen aning om hur kosmiska strålar accelereras eller var de kommer ifrån."
Det faktum att AMANDA II nu har identifierat neutrino upp till hundra gånger energin från de partiklar som produceras av de mest kraftfulla jordbundna acceleratorerna väcker möjligheterna att några av dem kan komma igång på sina långa resor av några av de mest oerhört energiska händelserna i kosmos. Förmågan att rutinmässigt upptäcka neutrinoer med hög energi kommer att ge astronomer inte bara en lins för att studera så bisarra fenomen som kolliderande svarta hål, utan med ett sätt att få direkt tillgång till oedifierad information från händelser som inträffade hundratals miljoner eller miljarder ljusår borta och eons sedan.
"Denna karta kan innehålla de första bevisen på en kosmisk accelerator," säger Halzen. "Men vi är inte där ännu."
Jakten på källor till kosmiska neutrino kommer att öka när AMANDA II-teleskopet växer i storlek när nya strängar av detektorer läggs till. Planer kräver att teleskopet ska växa till en kubik kilometer instrumenterad is. Det nya teleskopet, som kallas IceCube, kommer att göra att himlen för kosmiska neutrinkällor är mycket effektiv.
"Vi kommer att vara känsliga för de mest pessimistiska teoretiska förutsägelserna," säger Halzen. ”Kom ihåg att vi letar efter källor, och även om vi upptäcker något nu, är vår känslighet sådan att vi i bästa fall skulle se i storleksordningen 10 neutrinoer per år. Det är inte bra nog. "
Originalkälla: WISC News Release
