Αστρονόμοι, χάρη σε ένα γιγάντιο δίκτυο αισθητήρων, που βρίσκεται ακόμη υπό κατασκευή στον πυθμένα της Μεσογείου, ανίχνευσαν το κοσμικό «σωματίδιο φάντασμα» με την υψηλότερη ενέργεια που έχει εντοπιστεί ποτέ.

Το νετρίνο, όπως είναι επίσημα γνωστό το σωματίδιο, είναι 30 φορές πιο ενεργειακό από οποιοδήποτε από τα μερικά εκατοντάδες νετρίνα που είχαν ανιχνευθεί προηγουμένως.

Αυτά τα μικροσκοπικά, υψηλής ενέργειας σωματίδια από το διάστημα αναφέρονται συχνά ως «φαντάσματα» επειδή είναι εξαιρετικά ασταθή ή ατμώδη και μπορούν να περάσουν από κάθε είδους ύλη χωρίς να αλλάξουν. Τα νετρίνα, που φτάνουν στη Γη από τις μακρινές περιοχές του σύμπαντος, δεν έχουν σχεδόν καθόλου μάζα. Αν και ταξιδεύουν μάλιστα στα πιο ακραία περιβάλλοντα, συμπεριλαμβανομένων των αστεριών, των πλανητών, αλλά και ολόκληρων γαλαξιών, η δομή τους παραμένει ανεπηρέαστη.

Διαβασε ακομα

Δεν είμαστε μόνοι στο σύμπαν: Λύθηκε το μεγαλύτερο μυστήριο για το πώς ξεκίνησε η ζωή

Μια ανάλυση του νετρίνου που συντάχθηκε από την KM3NeT Collaboration, με την οποία συνεργάζονταιπερισσότεροι από 360 επιστήμονες από όλο τον κόσμο, δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Nature.

«Τα νετρίνα… είναι ειδικοί κοσμικοί αγγελιοφόροι, που μας φέρνουν μοναδικές πληροφορίες για τους μηχανισμούς που εμπλέκονται στα πιο ενεργειακά φαινόμενα και μας επιτρέπουν να εξερευνήσουμε τα πιο μακρινά σημεία του Σύμπαντος», δήλωσε η συν-συγγραφέας της μελέτης, Rosa Coniglione, αναπληρώτρια εκπρόσωπος της KM3NeT και ερευνήτρια στο INFN National Institute for Nuclear Physics.

Το νετρίνο που έσπασε κάθε ρεκόρ, με το όνομα KM3-230213A, είχε ενέργεια 220 εκατομμυρίων δισεκατομμυρίων ηλεκτρονιοβόλτς. Αυτή η εκπληκτική ποσότητα το καθιστά περίπου 30.000 φορές πιο ισχυρό από το μέγεθος που είναι ικανός να παράξει ο επιταχυντής σωματιδίων Large Hadron Collider στον Ευρωπαϊκό Οργανισμό Πυρηνικής Έρευνας (CERN) κοντά στη Γενεύη της Ελβετίας – γνωστός για την υπερφόρτιση σωματιδίων σε ταχύτητα κοντάστου φωτός – σύμφωνα με τους συγγραφείς της μελέτης.

«Ένας τρόπος με τον οποίο μου αρέσει να το σκέφτομαι είναι ότι η ενέργεια αυτού του μεμονωμένου νετρίνου είναι ισοδύναμη με την ενέργεια που απελευθερώνεται από τη διαίρεση ενός ατόμου ουρανίου, ή δέκα τέτοιων ατόμων, ή ακόμα και ενός εκατομμυρίου από αυτά», δήλωσε ο συν-συγγραφέας της μελέτης Dr. Brad K. Gibson, μέσω email. «Αυτό το μικρό νετρίνο είχε τόση ενέργεια όση η ενέργεια που απελευθερώθηκε από τη διάσπαση ενός δισεκατομμυρίου ατόμων ουρανίου… ένας εκπληκτικός αριθμός όταν συγκρίνουμε τις ενέργειες των αντιδραστήρων πυρηνικής σχάσης μας με αυτό το ένα μόνο αιθέριο νετρίνο».

Το σωματίδιο παρέχει μερικές από τις πρώτες αποδείξεις ότι τέτοια νετρίνα, υψηλής ενέργειας, μπορούν να δημιουργηθούν στο σύμπαν. Η ομάδα πιστεύει ότι το νετρίνο προήλθε πέρα ​​από τον γαλαξία μας Milky Way, αλλά δεν έχει ακόμη εντοπίσει το ακριβές σημείο προέλευσής του, γεγονός που εγείρει το ερώτημα τι δημιούργησε το νετρίνο και το έστειλε να πετάξει στο σύμπαν αρχικά – ίσως ένα ακραίο περιβάλλον όπως μια υπερμεγέθη μαύρη τρύπα, έκρηξη ακτίνων γάμμα ή κατάλοιπο σουπερνόβα.

Η πρωτοποριακή ανίχνευση ανοίγει ένα νέο κεφάλαιο της αστρονομίας των νετρίνων, καθώς και ένα νέο παρατηρητικό παράθυρο στο σύμπαν, δήλωσε ο συν-συγγραφέας της μελέτης Paschal Coyle, εκπρόσωπος της KM3NeT και ερευνητής στο Centre National de la Recherche Scientifique – Centre de Physique des Particules de Marseille στη Γαλλία.

«Η KM3NeT έχει αρχίσει να διερευνά μια σειρά ενέργειας και ευαισθησίας όπου τα ανιχνευμένα νετρίνα μπορεί να προέρχονται από ακραία αστροφυσικά φαινόμενα», είπε ο Coyle.

Ένα φως στον ωκεανό

Τα νετρίνα είναι δύσκολο να εντοπιστούν επειδή δεν αλληλεπιδρούν συχνά με το περιβάλλον τους – αλλά αλληλεπιδρούν με τον πάγο και το νερό. Όταν τα νετρίνα αλληλεπιδρούν απευθείας με τους ανιχνευτές, ακτινοβολούν ένα γαλαζωπό φως που μπορεί να ληφθεί από ένα κοντινό δίκτυο ψηφιακών οπτικών αισθητήρων οι οποίοι είναι ενσωματωμένοι στον πάγο ή επιπλέουν στο νερό.

Για παράδειγμα, το Παρατηρητήριο Νετρίνων IceCube στον Νότιο Πόλο συμπεριλαμβάνει ένα σύμπλεγμα με περισσότερους από 5.000 αισθητήρες, ενσωματωμένους στον πάγο της Ανταρκτικής. Ο ανιχνευτής λειτουργεί από το 2011 και έχει ανακαλύψει εκατοντάδες νετρίνα. Οι επιστήμονες μπόρεσαν να εντοπίσουν μερικά από αυτά πίσω στις κοσμικές πηγές τους, όπως ένα blazar ή τον φωτεινό πυρήνα ενός ενεργού γαλαξία.

Μια διεθνής ομάδα συνέλαβε την ιδέα ενός δικτύου ανιχνευτών στην αρχή της δεκαετίας του 2010 – γνωστό ως Τηλεσκόπιο Νετρίνων Κυβικών Χιλιόμετρων, ή KM3NeT – που θα μπορούσε να είναι σε θέση να ανιχνεύσει νετρίνα στα βάθη του ωκεανού. Η εγκατάσταση του του δικτύου ξεκίνησε το 2015.

Το KM3NeT έκανε την ανίχνευση που έσπασε ρεκόρ στις 13 Φεβρουαρίου 2023, όταν το σωματίδιο άναψε έναν από τους δύο ανιχνευτές του. Το ARCA (Astroparticle Research with Cosmics in the Abyss), βρίσκεται σε βάθος 3.450 μέτρων, ενώ το ORCA (Oscillation Research with Cosmics in the Abyss)σε 2.450 μέτρων, στον πυθμένα της Μεσογείου.

Ο ανιχνευτής ARCA, στα ανοικτά των ακτών της Σικελίας κοντά στο Capo Passero, σχεδιάστηκε για να συλλαμβάνει νετρίνα υψηλής ενέργειας, ενώ ο ORCA, κοντά στην Τουλόν στη νοτιοανατολική Γαλλία, είναι ταγμένο στην αναζήτηση νετρίνων χαμηλής ενέργειας.

Το KM3NeT, το οποίο περιλαμβάνει ένα πλέγμα αισθητήρων αγκυροβολημένους στον βυθό, παραμένει υπό κατασκευή. Ωστόσο, υπήρχαν αρκετοί ενεργοί ανιχνευτές για να εντοπίσουν το νετρίνο υψηλής ενέργειας, σημείωσαν οι συγγραφείς της μελέτης.

Ο ανιχνευτής ARCA λειτουργούσε με μόλις το 10% των προγραμματισμένων εξαρτημάτων του στη θέση τους όταν το σωματίδιο διέγραψε μια σχεδόν οριζόντια διαδρομή σε ολόκληρο το τηλεσκόπιο, ενεργοποιώντας σήματα σε περισσότερο από το ένα τρίτο των ενεργών αισθητήρων του. Κατέγραψε πάνω από 28.000 φωτόνια φωτός που παρήχθη από το φορτισμένο σωματίδιο.

Μυστηριώδεις προελεύσεις

Εάν η ενέργεια μέσα στο νετρίνο μετατρεπόταν, για την καλύτερη κατανόησή μας,σε σχέση με καθημερινά αντικείμενα, θα έφτανε τα 0,04 τζάουλς ή την ενέργεια μιας μπάλας του πινγκ πονγκ που πέφτει από ύψος ενός μέτρου, δήλωσε ο συν-συγγραφέας της μελέτης Aart Heijboer, συντονιστής φυσικής του KM3NeT και καθηγητής στο Πανεπιστημίου του Άμστερνταμ και στο National Institute for Subatomic Physics (NIKHEF), στην Ολλανδία.

Αυτή η ποσότητα θα μπορούσε να τροφοδοτήσει ένα μικρό φως LED για περίπου 1 δευτερόλεπτο, είπε.

«Δεν είναι λοιπόν μεγάλη ποσότητα ενέργειας για καθημερινές ανάγκες, αλλά το γεγονός ότι μια τέτοια αναλογία με τον καθημερινό κόσμο είναι δυνατή, είναι από μόνο του αξιοσημείωτο. Όλη αυτή η ενέργεια περιέχονταν σε ένα μόνο, στοιχειώδες σωματίδιο», πρόσθεσε ο Heijboer.

Σε κλίμακα σωματιδίων, το νετρίνο θεωρήθηκε υπερενεργητικό, με περίπου 10¹⁷ φορές την ενέργεια των φωτονίων του ορατού φωτός, σύμφωνα με τους συγγραφείς της μελέτης.

Η ανίχνευση νετρίνων στη Γη επιτρέπει στους ερευνητές να τα εντοπίσουν στις πηγές τους. Η κατανόηση από πού προέρχονται αυτά τα σωματίδια θα μπορούσε να αποκαλύψει περισσότερα για την προέλευση των μυστηριωδών κοσμικών ακτίνων, που από καιρό πιστεύεται ότι είναι η κύρια πηγή των νετρίνων όταν οι ακτίνες χτυπούν την ατμόσφαιρα της Γης.

Διαβασε ακομα

Η μεγαλύτερη απόδειξη για την ύπαρξη εξωγήινης ζωής

Τα πιο ενεργειακά σωματίδια στο σύμπαν, οι κοσμικές ακτίνες βομβαρδίζουν τη Γη από το διάστημα. Αυτές οι ακτίνες αποτελούνται ως επί το πλείστον από πρωτόνια ή ατομικούς πυρήνες και απελευθερώνονται σε όλο το σύμπαν επειδή ό,τι τις παράγει είναι τόσο ισχυρός επιταχυντής σωματιδίων που υπονομεύει τις δυνατότητες του Μεγάλου Επιταχυντή Αδρονίων. Τα νετρίνα θα μπορούσαν να ενημερώσουν τους αστρονόμους για το από πού προέρχονται οι κοσμικές ακτίνες και τι τις εκτοξεύει σε ολόκληρο το σύμπαν.

Οι ερευνητές πιστεύουν ότι κάτι ισχυρό εξαπέλυσε το νεοανακαλυφθέν νετρίνο, όπως μια έκρηξη ακτίνων γάμμα ή η αλληλεπίδραση κοσμικών ακτίνων με φωτόνια από το κοσμικό υπόβαθρο μικροκυμάτων, που είναι υπολειπόμενη ακτινοβολία από τη Μεγάλη Έκρηξη πριν από 13,8 δισεκατομμύρια χρόνια.

Κατά τη διάρκεια της μελέτης, οι συγγραφείς εντόπισαν επίσης 12 πιθανά μπλέιζαρς (αστράφτον ψευδοαστρικό αντικείμενο) που μπορεί να είναι υπεύθυνα για τη δημιουργία του νετρίνου. Τα blazars συνάδουν με την εκτιμώμενη κατεύθυνση από την οποία ταξίδεψε το σωματίδιο, με βάση τα δεδομένα που συλλέγονται από τους ανιχνευτές και τα διασταυρούμενα δεδομένα από ακτίνες γάμμα, ακτίνες Χ και ραδιοτηλεσκόπια. Χρειάζεται όμως περισσότερη έρευνα.

«Πολλές ανιχνεύσεις κοσμικών νετρίνων αποτυγχάνουν να δείξουν ισχυρούς συσχετισμούς με καταγεγραμμένα αντικείμενα, υποδεικνύοντας ίσως πηγές που είναι πολύ απομακρυσμένες από τη Γη ή υπονοώντας έναν τύπο αστροφυσικού αντικειμένου που δεν έχει ανακαλυφθεί ακόμη», σημειώνει ο Erik K. Blaufuss, ερευνητής και αστροφυσικός σωματιδίων στο University of Maryland, College Park, ο οποίος δεν συμμετείχε στη μελέτη.

«Αν και η πλήρης κατανόηση της προέλευσης αυτού του γεγονότος θα πάρει χρόνο, παραμένει ένα εξαιρετικό μήνυμα καλωσορίσματος για το KM3NeT», κατέληξε.

Με πληροφορίες από CNN