Κάθε δευτερόλεπτο, κάπου στο παρατηρήσιμο σύμπαν, ένα τεράστιο αστέρι καταρρέει ενεργοποιεί μια έκρηξη supernova. Σύμφωνα με τους φυσικούς, το Παρατηρητήριο Super-Kamiokande στην Ιαπωνία θα μπορούσε τώρα να ανιχνεύσει ένα σταθερό ρεύμα νετρίνων από αυτές τις καταστροφές συλλέγω, που θα μπορούσε να ανέλθει σε μερικές ανακαλύψεις ετησίως.

Αυτό μικροσκοπικά υποατομικά σωματίδια είναι ζωτικής σημασίας για την κατανόηση του τι συμβαίνει σε μια σουπερνόβα: καθώς εκτοξεύονται από τον πυρήνα που καταρρέουν του αστεριού και πετούν μέσα στο διάστημα, μπορούν να παρέχουν πληροφορίες σχετικά με δυνητικά νέα φυσική που μπορεί να συμβεί υπό ακραίες συνθήκες.

Στο τελευταίο Νετρίνο 2024 Το συνέδριο στο Μιλάνο, στην Ιταλία, Masayuki Harada, φυσικός στο Πανεπιστήμιο του Τόκιο, αποκάλυψε ότι η πρώτη απόδειξη των ουδετερών Supernova φαίνεται να προέρχεται από το χάος των σωματιδίων που συλλέγεται κάθε μέρα ο ανιχνευτής Super Kamiokande από άλλες πηγές, όπως οι κοσμικές ακτίνες που χτυπούν την ατμόσφαιρα και την πυρηνική σύντηξη στον ήλιο. Το αποτέλεσμα υποδηλώνει ότι "έχουμε αρχίσει να παρατηρούμε ένα σήμα", λέει ο Masayuki Nakahata, φυσικός στο Πανεπιστήμιο του Τόκιο και εκπρόσωπος του πειράματος, που συνήθως αναφέρεται ως Super-K. Ωστόσο, η Nakahata προειδοποιεί ότι τα δεδομένα υποστήριξης - που συλλέγονται πάνω από 956 ημέρες παρατήρησης - εξακολουθούν να είναι πολύ αδύναμα.

Πτητικά σωματίδια

Τα νετρίνα είναι εξαιρετικά αόριστα. Οι περισσότεροι περνούν από τον πλανήτη σαν το φως μέσα από το γυαλί, και το Super-K συλλαμβάνει μόνο ένα μικρό κλάσμα εκείνων που το διασχίζουν. Ακόμα, ο ανιχνευτής έχει καλές πιθανότητες ανίχνευσης νετρίνων από Supernovae, αφού το σύμπαν θα πρέπει να πλημμυρίσει μαζί τους. Η κατάρρευση ενός αστέρι απελευθερώνει τεράστιες ποσότητες αυτών των σωματιδίων (εκτιμώμενα σε περίπου 10^58), τα οποία οι αστροφυσικοί αποκαλούν το διάχυτο φόντο νετρίνο Supernova.

Ωστόσο, μέχρι στιγμής κανείς δεν κατάφερε να αποδείξει αυτό το υπόβαθρο. Τα νετρίνα δημιουργήθηκαν μόνο μία φορά σαφώς εντοπίστηκε πίσω σε ένα αστέρι που καταρρέει -Ο Nakahata ήταν ένας από τους ερευνητές που ανακάλυψαν τα σωματίδια το 1987 χρησιμοποιώντας τον ανιχνευτή Kamioka II, προκάτοχό του Super-K. Η ανακάλυψη ήταν δυνατή επειδή το Supernova συνέβη στο μεγάλο Magellanic Cloud, ένας γαλαξίας νάνος αρκετά κοντά ώστε τα νετρίνα του εκρηκτικού αστεριού έφτασαν στη Γη σε μεγάλους αριθμούς.

Το 2018-2020, ο ανιχνευτής Super-K, μια δεξαμενή που περιείχε 50.000 τόνους καθαρισμένου νερού κάτω από ένα χιλιόμετρο βράχου κοντά στο Hida στο κεντρικό νησί Honshu, υποβλήθηκε σε απλή αλλά σημαντική αναβάθμιση με στόχο την αύξηση της ικανότητάς του να διακρίνει τους ουδέτερες Supernova από άλλα σωματίδια.

Όταν ένα νετρίνο - πιο συγκεκριμένα, το αντίπρωμα του, ένα αντινετικό - συγκρούεται με ένα πρωτόνιο στο νερό, ότι το πρωτόνιο μπορεί να μετατραπεί σε ένα ζευγάρι άλλων σωματιδίων, ένα νετρόνιο και ένα αντιηλεκτρονικό. Το αντιηλεκτρονικό παράγει ένα φως του φωτός καθώς κινείται σε υψηλή ταχύτητα στο νερό και αυτό το φως συλλαμβάνεται από τους αισθητήρες που περιβάλλουν τους τοίχους της δεξαμενής. Αυτό το φλας του φωτός μόνο θα μπορούσε να μην διακρίνεται από το φως που παράγεται από νετρίνια ή αντινετίνη από διάφορες άλλες πηγές.

Κατά τη διάρκεια της αναβάθμισης, οι επιστήμονες πρόσθεσαν ένα άλας με βάση το γαδολίνιο στο νερό του Super-K. Αυτό επιτρέπει στο νετρονόμο που παράγεται όταν ένα αντινετικό επηρεάζει το νερό που πρέπει να συλληφθεί από τον πυρήνα του γαδολινίου, απελευθερώνοντας μια δεύτερη, χαρακτηριστική αλληλουχία φλας της ενέργειας. Οι φυσικοί Super-K που ψάχνουν για νετρίνα Supernova αναζητούν μια γρήγορη σειρά από δύο αναλαμπές, μία από το Antielectron και το δεύτερο από το παγιδευμένο νετρονομικό.

Λύστε τα κοσμικά μυστήρια

Το Nakahata λέει ότι θα είναι αρκετά χρόνια πριν από την προκύψει τα σημάδια Supernova True Supernova, επειδή τα σήματα διπλής φλας μπορούν επίσης να προέρχονται από άλλες πηγές νετρίνων, συμπεριλαμβανομένων εκείνων που προκαλούνται από κοσμικές ακτίνες που χτυπούν την ατμόσφαιρα. Αλλά από τη στιγμή που το Super-K έχει προγραμματιστεί να κλείσει μέχρι το 2029, προσθέτει, θα έπρεπε να έχει συλλέξει αρκετά δεδομένα για να κάνει μια σταθερή αξίωση.

ΕΝΑ Ακόμη μεγαλύτερο πείραμα που ονομάζεται Hyper-Kamiokande, αναμένεται να ολοκληρωθεί γύρω στο 2027, θα μπορούσε να βελτιώσει μαζικά τα αποτελέσματα του Super-K. Αρχικά, το Hyper-K θα γεμίσει με καθαρό νερό, αλλά "όλα τα συστατικά του ανιχνευτή έχουν σχεδιαστεί για να είναι συμβατά με το γαδολίνιο", τα οποία θα μπορούσαν να προστεθούν αργότερα, λέει ο Francesca di Lodovico, φυσικός στο King's College London και συν-spokesperson για το έργο.

Δείχνοντας ότι τα νετρίνα από μακρινές σουπερνόβες που συνέβησαν πριν από δισεκατομμύρια χρόνια, εξακολουθούν να επιβεβαιώνουν ότι τα νετρίνα είναι σταθερά σωματίδια και δεν αποσυντίθενται σε κάτι άλλο, λέει ο Nakahata. Αυτό είναι κάτι που οι φυσικοί έχουν υποψιαστεί για μεγάλο χρονικό διάστημα, αλλά δεν κατάφεραν ακόμα να αποδείξουν.

Η μέτρηση του πλήρους φάσματος των ενεργειών νετρίνων Supernova θα μπορούσε επίσης να αποκαλύψει πόσες σουπερνόβες συνέβησαν σε διαφορετικές περιόδους κοσμικής ιστορίας, λέει ο Harada. Επιπλέον, θα μπορούσε να αποκαλύψει πόσα αστέρια κατάρρευσης οδήγησαν σε μια μαύρη τρύπα - η οποία θα σταματούσε την εκπομπή νετρίνων - σε αντίθεση με το να αφήσει πίσω ένα αστέρι νετρονίων.

Τα δεδομένα του Super-K εξακολουθούν να είναι υπερβολικά αδύναμα για να διεκδικήσουν ανίχνευση, αλλά η πιθανότητα ανίχνευσης των διάχυτων νετρίνων είναι "εξαιρετικά συναρπαστική", λέει ο Ignacio Taboada, φυσικός στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Γεωργίας στην Ατλάντα και εκπρόσωπος του Obsecube Neutrino Observatory στο νότιο πόλο. "Τα νετρίνα θα παρέχουν μια ανεξάρτητη μέτρηση της ιστορίας του σχηματισμού αστεριών στο σύμπαν".