Czy wyobrażasz sobie wyłapanie jednej kropli deszczu i uświadomienie sobie, że spadła ona z burzy po drugiej stronie wszechświata? To mniej więcej taka skala wydarzeń, jakie miało miejsce 13 lutego 2023 roku. Detektor zanurzony w głębinach Morza Śródziemnego zarejestrował przechodzenie czegoś niemal niewyobrażalnie energetycznego – neutrinę o energii około 220 PeV, która pobiła poprzedni rekord o ponad rząd wielkości.
Neutrina to kosmiczne „duchy”. Mają one znikomą masę, nie posiadają ładunku elektrycznego i tak słabo oddziałują ze zwykłą materią, że miliardy z nich przeszły przez Ciebie od momentu, gdy zacząłeś czytać ten artykuł, nawet o tym nie wiedząc. Wykrycie nawet jednego z nich przy tak ekstremalnej energii wymaga ogromnego wysiłku. Dlatego właśnie istnieje detektor KM3NeT/ARCA – zainstalowany na dnie morskim u wybrzeży Sycylii, wykorzystujący samo Morze Śródziemne jako medium detekcyjne.
Sensacyjny sygnał, który zatrzymał fizyków
Sygnał zarejestrowany przez KM3NeT/ARCA sprawił, że fizycy zamarli. Nic w katalogach znanych zdarzeń nie pasowało do cząstki o tak ekstremalnej energii. Nic dziwnego, że zespół KM3NeT postanowił postąpić jak najlepsi detektywi – pracowali wstecz, analizując dowody, tworząc symulacje i testując hipotezy, aż znaleźli coś, co pasuje.
Główny podejrzany: Blazary
Ich głównym podejrzanym, opisanym w nowym artykule w czasopiśmie Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, jest klasa obiektów zwanych blazarami.
Czym jest blazar? To aktywne jądro galaktyki, czyli galaktyka z supermasywną czarną dziurą w centrum, która pochłania otaczającą materię i wyrzuca w przestrzeń strumień plazmy z prędkością bliską prędkości światła. To, co czyni blazary wyjątkowymi, to ich orientacja – strumień jest skierowany niemal bezpośrednio w naszą stronę, co czyni je jednymi z najjaśniejszych i najbardziej ekstremalnych obiektów widocznych na niebie.
Zespół zasymulował realistyczną populację blazarów i obliczył strumień neutrin, jaki taka populacja mogłaby wytworzyć. Następnie porównali te przewidywania z rzeczywistymi obserwacjami, nie tylko z KM3NeT, ale także z detektorów IceCube w Antarktydzie i Teleskopu Fermiego. Co kluczowe, zwrócili też uwagę na to, czego te instrumenty *nie* zaobserwowały. Brak porównywalnych zdarzeń z ultraczkimi energiami neutrin w innych miejscach nakłada ścisłe ograniczenia na wszelkie sensowne wyjaśnienia, a model blazara te ograniczenia spełnia.
Co jest kluczem do zagadki? Brak nagłego błysku.
Jedna ważna wskazówka sugeruje, że źródło nie jest pojedyncze. Kiedy w głębokim kosmosie dzieje się coś katastrofalnego, jak eksplozja czy rozbłysk, zazwyczaj powoduje to jednocześnie emisję światła w wielu zakresach fal. W przypadku zdarzenia z 2023 roku nie znaleziono żadnego odpowiadającego mu zjawiska elektromagnetycznego. To przesuwa wyjaśnienie w stronę rozproszonego tła – nie jednego obiektu robiącego coś niezwykłego, ale wielu obiektów wspólnie produkujących stały strumień cząstek o ekstremalnej energii, z których jedna akurat dotarła w idealnym momencie.
Kiedy wykryto rekordową neutrinę, KM3NeT działał zaledwie na 21 liniach detekcyjnych, co stanowiło około 10 procent jego docelowej wielkości. Z pełnym uruchomieniem detektora i latami danych przed nami, zespół spodziewa się znacznie potężniejszych analiz.
Na razie blazary pozostają głównym podejrzanym. A jeśli okaże się, że faktycznie są zdolne do przyspieszania cząstek do tak wysokich energii, fundamentalnie zmieni to nasze dotychczasowe rozumienie najbardziej ekstremalnych „silników” wszechświata.
Artykuł oryginalnie opublikowany przez Universe Today. Czytaj oryginalny artykuł.
A jakie kosmiczne phenomena budzą Twoją największą ciekawość i skłaniają do zadań pytań o naturę wszechświata?
