Svake sekunde, negdje u promatranom svemiru, sruši se masivna zvijezda pokreće eksploziju supernove. Prema fizičarima, opservatorij Super-Kamiokande u Japanu sada bi mogao otkriti stalni tok neutrina iz ovih katastrofa prikupiti, što bi moglo iznositi nekoliko otkrića godišnje.

Ovaj sitne subatomske čestice ključni su za razumijevanje onoga što se događa u supernovi: dok pucaju iz zvijezde urušavanja jezgre i lete kroz svemir, oni mogu pružiti informacije o potencijalno novoj fizici koja bi se mogla pojaviti u ekstremnim uvjetima.

Na posljednjem Neutrino 2024 Konferencija u Milanu u Italiji, Masayuki Harada, fizičar na Sveučilištu u Tokiju, otkrila je da se čini da prvi dokazi o supernovi neutrini dolaze iz kaosa čestica koje detektor Super Kamiokande svaki dan sakuplja iz drugih izvora, poput kozmičkih zraka koje su pogodile atmosfer i nuklearne priključke u suncu. Rezultat sugerira da "počeli smo promatrati signal", kaže Masayuki Nakahata, fizičar sa Sveučilišta u Tokiju i glasnogovornik eksperimenta, koji se obično naziva Super-K. Međutim, Nakahata upozorava da su prateći podaci prikupljeni tijekom 956 dana promatranja - još uvijek vrlo slabi.

Isparljive čestice

Neutrini su izuzetno neuhvatljivi. Većina prolazi kroz planetu poput svjetla kroz staklo, a Super-K samo bilježi sitni dio onih koji ga prelaze. Ipak, detektor ima dobre šanse za otkrivanje neutrina iz supernovae, budući da ih svemir treba preplaviti. Kolaps zvijezde oslobađa ogromne količine ovih čestica (procijenjeno na oko 10^58), koje astrofizičari nazivaju difuznom pozadinom supernove neutrino.

Međutim, do sada nitko nije uspio dokazati ovu pozadinu. Neutrini su stvoreni samo jednom Jasno se prati do zvijezde koja se urušava -Nakahata je bio jedan od istraživača koji je 1987. otkrio čestice koristeći detektor Kamioka II, prethodnik Super-K. Otkriće je bilo moguće jer se supernova dogodila u velikom magellanskom oblaku, patuljasti galaksija dovoljno blizu da su neutrini zvijezde eksplodirajuće zvijezde stigli do zemlje u velikom broju.

U 2018.-2020., Super-K detektor, spremnik koji sadrži 50 000 tona pročišćene vode ispod kilometra stijene u blizini Hide na središnjem otoku Honshu, podvrgnut je jednostavnoj, ali važnoj nadogradnji usmjerenoj na povećanje njegove sposobnosti za razlikovanje neutrinoa od drugih čestica.

Kad se neutrino - točnije, njegova antineutrino - sudara s protonom u vodi, taj se proton može transformirati u par drugih čestica, neutron i antielektron. Antielektron stvara bljesak svjetlosti dok se kreće velikom brzinom u vodi, a ovo svjetlo uhvati senzori koji okružuju zidove spremnika. Ovaj bljesak samog svjetla mogao bi se razlikovati od svjetlosti proizvedenih od neutrina ili antineutrinosa iz različitih drugih izvora.

Tijekom nadogradnje, znanstvenici su dodali sol na bazi gadolinija u Super-K vode. To omogućava da je neutron proizveden kada antineutrino utječe na vodu da uhvati gadolinij jezgro, oslobađajući drugi, karakteristični bljeskalica energije. Super-K fizičari koji traže Supernova neutrino traže brzi niz od dva bljeska, jedan iz antielektrona, a drugi iz zarobljenog neutrona.

Riješite kozmičke misterije

Nakahata kaže da će proći nekoliko godina prije nego što se istinski supernova signali jasno pojave, jer dvostruki bljeskali signali mogu doći i iz drugih neutrinskih izvora, uključujući one uzrokovane kozmičkim zrakama koje udaraju u atmosferu. No, do trenutka kada je Super-K trebao biti zatvoren do 2029. godine, dodaje, trebao je prikupiti dovoljno podataka da podnese solidan zahtjev.

A Još veći eksperiment zvan Hyper-Kamiokande, očekuje se da će biti završena oko 2027. godine, moglo bi masovno poboljšati rezultate Super-K-a. U početku će Hyper-K biti ispunjen čistom vodom, ali "sve su komponente detektora dizajnirane kao kompatibilne s gadolinijom", što bi se moglo dodati kasnije, kaže Francesca di Lodovico, fizičarka na King's College Londonu i suosnivača za projekt.

Pokazujući da su neutrini iz dalekih supernova koje su se dogodile prije milijardi godina još uvijek prisutni, potvrdili bi da su neutrini stabilne čestice i ne propadaju u nešto drugo, kaže Nakahata. To je nešto na što su fizičari dugo sumnjali, ali još uvijek nisu uspjeli dokazati.

Mjerenje cijelog spektra supernova neutrino energije također bi moglo otkriti koliko se supernova pojavilo u različitim razdobljima kozmičke povijesti, kaže Harada. Uz to, moglo bi otkriti koliko je zvijezda urušavanja rezultiralo crnom rupom - što bi zaustavilo emisiju neutrina - za razliku od ostavljanja neutronske zvijezde iza sebe.

Podaci Super-K-a još uvijek su previše slabi da bi zatražili otkrivanje, ali mogućnost otkrivanja difuznih neutrina je "izuzetno uzbudljiva", kaže Ignacio Taboada, fizičar tehnološkog instituta Georgia u Atlanti i glasnogovornik ICECube Neutrino opservatorija na južnom polu. "Neutrini bi pružili neovisno mjerenje povijesti formiranja zvijezda u svemiru."