Nowy teleskop, używający lodów Antarktydy jako swojego okna na Kosmos, stworzył swoją pierwszą mapę nieba rejestrując… wysokoenergetyczne neutrina. Mapa, przedstawiona na spotkaniu Międzynarodowej Unii Astronomicznej, dostarcza astronomom wglądu w naturę tych tajemniczych cząstek, o których sądzi się, że powstają w najbardziej gwałtownych zjawiskach we Wszechświecie: zapadaniu się czarnych dziur, wybuchach gamma i aktywnych jądrach odległych galaktyk.

To pierwsze dane z teleskopu neutrinowego, które mają realną szansę doprowadzić do odkrycia” – powiedział na temat mapy powstałem przez kompilacje danych z eksperymentu AMANDA II Francis Halzen, profesor fizyki z University of Wisconsin-Madison. To jedyny w swoim rodzaju teleskop, zbudowany przez National Science Foundation (NSF), składający się z sieci detektorów światła umieszczonych 1,5 kilometra w głębi lodu ponad Biegunem Południowym. “To obecnie najbardziej czuła metoda obserwacji wysokoenergetycznych neutrin docierających z Kosmosu“.

Zdolność rejestracji tych cząstek i ustalanie źródeł z których one przybyły to jedno z najważniejszych zadań stojących przez współczesną astrofizyką.

Neutrina są niewidoczne, nie mają ładunku elektrycznego i są obdarzone znikoma masą. Dlatego tez bardzo trudno jest je rejestrować. W przeciwieństwie do światła widzialnego i innego rodzaju promieniowania, neutrina przechodzą nie zaburzone przez planety, gwiazdy i pola magnetyczne w galaktykach i pomiędzy nimi. To co czyni je trudnymi do obserwacji, jest jednocześnie ich największą zaletą, ponieważ niosą one z odległości kosmologicznych informacje o obiektach, których nie można obserwować w inny sposób.

Jak podkreśla Halzen, mapa stworzona przez AMANDĘ II to wstępny wynik i reprezentuje jedynie rok pomiarów podlodowego detektora. Korzystając z zebranych już danych pochodzących z dwóch kolejnych lat, Halzen i jego koledzy zbadają strukturę mapy nieba i wyłuskają potencjalny sygnał ze statystycznych fluktuacji.

Według Halzena, otrzymana mapa jest istotna, gdyż dowodzi, że detektor działa prawidłowo. “To demonstracja technologii i pokazanie, że osiągnęliśmy ten sam stopień czułości co detektory promieniowania gamma działające w podobnym rejonie energetycznym widma elektromagnetycznego. Oczekuje się obu sygnałów od obiektów odpowiedzialnych za przyspieszanie promieniowania kosmicznego, którego pochodzenie od prawie stulecia pozostaje zagadką.

Eksperyment AMANDA znajduje się na Biegunie Południowym. W lodach Antarktydy zatopione są fotopowielacze rejstrujące światło czerenkowskie. W ten sposób obserwuje się pośrednio… wysokoenergetyczne neutrina docierające z… północnej półkuli nieba.

Zatopiona w lodach Antarktydy AMANDA II (Antarctic Muon and Neutrino Detector Array) jest zaprojektowania do patrzenia nie w górę, lecz w dół, poprzez kulę ziemską na północną półkulę nieba. Teleskop składa się z 677 szklanych modułów optycznych o rozmiarach kuli do kręgli zawieszonych na 19 kablach opuszczonych w otwory wywiercone przez sprężoną gorącą wodę. Cały układ obserwacyjny zamienia cylinder lody o wysokości 500 i średnicy 120 metrów w detektor cząstek.

Szklane moduły to fotopowielacze, przeciwieństwo żarówek. Rejestrują i wzmacniają słabe błyski świetlne powstające kiedy neutrino przypadkowo zderzy się z jądrem atomu tworzącego lód. Powstają wtedy miony, nietrwałe cząstki około 200 razy cięższe od elektronów, które poruszając się szybciej niż światło (w lodzie) są źródłem niebieskiego promieniowania Czerenkowa. Rejestracja tego światła pozwala na odtworzenie drogi neutrina i ustalenie z jakiego kierunku Wszechświata ono przybyło.

Mapa jest pierwszym spojrzeniem na niebo widziane w neutrinach wysokoenergetycznych, stanie się więc przedmiotem zainteresowania astronomów, gdyż wciąż nie mają oni klucza, który pozwoliłby zrozumieć w jaki sposób dochodzi do rozpędzania promieniowania kosmicznego ani skąd ono przybywa.

Fakt, że AMANDA II zarejestrowała neutrina o energiach nawet 100 razy większych niż te, które produkowane są w najpotężniejszych ziemskich akceleratorach, sugeruje że swoją podróż musiały one rozpocząć w najbardziej energetycznych zjawiskach jakie zdarzają się we Wszechświecie. Możliwość rutynowego rejestrowania tych cząstek da astronomom możliwość nie tylko badania takich tajemniczych zjawisk jak zderzające się czarne dziury ale także wgląd w wydarzenia, które miały miejsce setki milionów lub miliardy lat temu.

Polowanie na neutrina zostanie przyspieszone, gdy AMANDA II zostanie wzbogacona w kolejne sznury z detektorami. Są już plany rozbudowy eksperymentu tak, aby obejmował kilometr sześcienny. Nowy teleskop, nazywany IceCube, będzie w stanie wydajniej poszukiwać źródeł kosmicznych neutrin. “Będziemy mogli osiągnąć czułość wymaganą przez najbardziej pesymistyczne przewidywania teoretyczne” – powiedział Halzen. “Należy pamiętać, że nawet jeśli teraz coś zaobserwujemy, nasza czułość pozwoli na rejestrację jedynie około 10 neutrin na rok. To zdecydowanie za mało“.

Autor

Michał Matraszek

Komentarze

  1. Artur    

    Może któryś z redaktorów będzie tak uprzejmy… — i opisze działanie tego teleskopu. Pisząc, że “teleskop, używający lodów Antarktydy jako swojego okna na Kosmos” nic laikom nie mówi. Z góry dziękuję.

  2. Grzegorz Wrochna    

    Jak działa Amanda — Neutrina przylatuj±ce z kosmosu w zderzeniach z j±drami atomów powietrza produkuj± cz±¶tki naładowane zwane mionami. Te z kolei przechodz±c przez o¶rodek, w którym prędko¶ć ¶wiatł± jest mniejsza od ich prędko¶ci emituj± tzw. promieniowanie Czerenkowa. Detektor AMANDA wykorzystuje do tego lód na Antarktydzie. Promieniowanie Czerenkowa rejestrowane jest przez fotopowielacze zawieszone w otworach w lodzie, głębokich na ponad 2km. Mierza±c czas dotarcia fotonów Czerenkowa do różnych fotopowielaczy można zrekonstruować kierunek mionu, który w dobrym przybliżeniu wskazuje kierunek, z którego nadleciało neutrino.

    Polecam oficjaln± stronę eksperymentu Amanda:
    http://amanda.uci.edu/
    w szczególno¶ci “Public info”.

Komentarze są zablokowane.