Joka sekunti, jossain havaittavissa olevassa maailmankaikkeudessa, massiivinen tähti romahtaa laukaisee supernova -räjähdyksen. Fyysikkojen mukaan Japanin super-Kamiokande-observatorio pystyi nyt havaitsemaan tasaisen neutriinojen virran näistä katastrofeista kerätä, mikä voisi olla muutama löytö vuodessa.

Tämä pienet subatomiset hiukkaset ovat ratkaisevan tärkeitä, mitä supernovassa tapahtuu: Kun he ampuvat tähden romahtavan ytimen ja lentävät avaruuden läpi, ne voivat tarjota tietoa mahdollisesti uudesta fysiikasta, jota voi tapahtua äärimmäisissä olosuhteissa.

Viimeisessä Neutriino 2024 Tokion yliopiston fyysikko Milanossa, Italiassa, Italiassa, Masayuki Harada paljasti, että ensimmäiset todisteet supernovaneutriinoista näyttää tulevan hiukkasten kaaoksesta, jonka Super Kamiokande -detektori kerää päivittäin muista lähteistä, kuten kosmisista säteistä, jotka lyövät ilmakehän ja ydinaseen fuusion auringossa. Tulos viittaa siihen, että "olemme alkaneet tarkkailla signaalia", sanoo Masayuki Nakahata, Tokion yliopiston fyysikko ja kokeilun tiedottaja, jota yleisesti kutsutaan Super-K: ksi. Nakahata kuitenkin varoittaa, että tukitiedot - kerätty 956 tarkkailun aikana - on edelleen erittäin heikko.

Haihtuvat hiukkaset

Neutriinot ovat erittäin vaikeita. Suurin osa kulkee planeetan läpi, kuten valon lasin läpi, ja Super-K vangitsee vain pienen osan niistä, jotka ylittävät sen. Silti ilmaisimella on hyvät mahdollisuudet havaita neutriinot supernovaista, koska maailmankaikkeus tulisi tulvi heidän kanssaan. Tähtien romahtaminen vapauttaa valtavia määriä näitä hiukkasia (arvioitu noin 10^58), jota astrofysiikit kutsuvat diffuusi supernova -neutriino -taustaksi.

Toistaiseksi kukaan ei ole kuitenkaan pystynyt todistamaan tätä taustaa. Neutriinot luotiin vain kerran jäljitettiin selvästi romahtavaan tähtiin -Nakahata oli yksi tutkijoista, jotka löysivät hiukkaset vuonna 1987 käyttämällä Kamioka II -detektoria, Super-K: n edeltäjää. Löytö oli mahdollista, koska supernova tapahtui suuressa magellanillisessa pilvessä, kääpiögalaksissa, joka on riittävän lähellä, että räjähtävän tähden neutriinot saavuttivat maan suuresti.

Vuosina 2018-2020 Super-K-ilmaisin, säiliö, joka sisälsi 50 000 tonnia puhdistettua vettä Hidan lähellä sijaitsevan kallion kilometrin alla Hidan keskusisaarella, tehtiin yksinkertainen, mutta tärkeä päivitys, jonka tarkoituksena oli lisätä sen kykyä erottaa supernova-neutriinot muista hiukkasista.

Kun neutriino - tarkemmin sanottuna, sen antineutrino - törmää protonin kanssa vedessä, protoni voi muuttua muihin hiukkasiksi, neutroniksi ja antielektroniksi. Antielektroni tuottaa valon salaman, kun se liikkuu suurella nopeudella vedessä, ja tämän valon vangitsee säiliön seiniä ympäröivät anturit. Pelkästään tämä valon salama voi olla erottamaton neutriinojen tai antineutrinien tuottamasta valosta monista muista lähteistä.

Päivityksen aikana tutkijat lisäsivät gadoliinipohjaisen suolan Super-K: n veteen. Tämä mahdollistaa neutronin tuottaman, kun antineutrino vaikuttaa gadoliinin ytimeen kaappaamiseen veteen vapauttaen toisen, ominaisen flash -energiajakson. Supernova-neutriinoista etsivät super-k-fyysikot etsivät nopeaa kahta välähdyksen sarjaa, yksi antielektronista ja toinen loukkuun jääneestä neutronista.

Ratkaise kosminen mysteerit

Nakahata kertoo, että kestää useita vuosia, ennen kuin todelliset supernova -signaalit ilmenevät selvästi, koska kaksoissalamaisignaalit voivat tulla myös muista neutriino -lähteistä, mukaan lukien ilmakehän osuvien kosmisen säteiden aiheuttamat. Mutta siihen mennessä, kun Super-K: n on tarkoitus sulkea vuoteen 2029 mennessä, hän lisää, että sen olisi pitänyt kerätä tarpeeksi tietoa vankan väitteen esittämiseksi.

Eräs vielä suurempi kokeilu nimeltään Hyper-Kamiokande, odotetaan valmistuvan noin vuonna 2027, voisi parantaa huomattavasti Super-K: n tuloksia. Aluksi Hyper-K täytetään puhtaalla vedellä, mutta "kaikki ilmaisimen komponentit on suunniteltu yhteensopiviksi Gadoliniumin kanssa", joka voidaan lisätä myöhemmin, sanoo Francesca Di Lodovico, King's College Londonin fyysikko ja projektin yhteistyöhön liittyvä edustaja.

Nakahata sanoo, että miljardeja vuosia sitten tapahtuneiden kaukaisten supernovien neutriinot ovat edelleen läsnä, Nakahata sanoo. Tämä on jotain, jota fyysikot ovat epäilleet pitkään, mutta eivät ole vielä pystyneet todistamaan.

Supernova -neutriinoenergioiden koko spektrin mittaaminen voisi myös paljastaa, kuinka monta supernoa on tapahtunut kosmisen historian eri ajanjaksoina, Harada sanoo. Lisäksi se voisi paljastaa, kuinka monta romahtavaa tähteä johti mustaan ​​aukkoon - joka pysäyttäisi neutriinojen säteilyn - toisin kuin neutronitähteen jättäminen taakse.

Super-K: n tiedot ovat edelleen liian heikkoja havaitsemisen vaatimiseksi, mutta hajaeutriinojen havaitsemiseksi on "erittäin jännittävä", sanoo Ignacio Taboada, Atlantan Georgian teknologiainstituutin fyysikko ja etelänavan Icecube Neutrino-observatorion edustaja. "Neutriinot antaisivat riippumattoman mittauksen tähden muodostumisen historiasta maailmankaikkeudessa."