Každú sekundu, niekde v pozorovateľnom vesmíre, sa zrúti masívna hviezda Spúšťa explóziu supernovy. Podľa fyzikov by Observatórium Super-Kamiokande v Japonsku mohlo z týchto katastrof zistiť stabilný prúd neutrín z týchto katastrof zberať, čo by mohlo predstavovať niekoľko objavov ročne.

Tak malé subatomické častice sú rozhodujúce pre pochopenie toho, čo sa deje v supernove: keď vystrelí z zrúteného jadra hviezdy a lietajú vesmírom, môžu poskytnúť informácie o potenciálne novej fyzike, ktorá sa môže vyskytnúť v extrémnych podmienkach.

Na poslednom Neutrino 2024 Konferencia v Miláne v Taliansku, Masayuki Harada, fyzik na Tokijskej univerzite, odhalila, že sa zdá, že prvý dôkaz o supernove neutríns pochádza z chaosu častíc, ktoré detektor Super Kamiokande zhromažďuje každý deň z iných zdrojov, ako je napríklad kozmické lúče, ktoré zasiahli atmosféru a jadrovú fúziu v Slnku. Výsledok naznačuje, že „začali sme pozorovať signál,“ hovorí Masayuki Nakahata, fyzik na Tokijskej univerzite a hovorca experimentu, ktorý sa bežne označuje ako Super-K. Nakahata však varuje, že podporné údaje - zhromaždené počas 956 dní pozorovania - sú stále veľmi slabé.

Prchavé častice

Neutrinos sú mimoriadne nepolapiteľné. Väčšina z nich prechádza planétou ako svetlo cez sklo a Super-K zachytáva iba malú časť tých, ktorí ju prechádzajú. Detektor má však dobrú šancu odhaliť neutrínky zo supernov, pretože im by mal byť zaplavený vesmír. Kolaps hviezdy uvoľňuje obrovské množstvá týchto častíc (odhadovaných na asi 10^58), ktoré astrofyzici nazývajú difúzne supernové neutrínové pozadie.

Zatiaľ však nikto nedokázal dokázať toto pozadie. Neutrinos boli vytvorené iba raz Jasne vysledovali k zrútenej hviezde -Nakahata bola jedným z vedcov, ktorí objavili častice v roku 1987 pomocou detektora Kamioka II, predchodcu Super-K. Objav bol možný, pretože supernova sa vyskytla vo veľkom magelénovom oblaku, trpaslíka galaxie dostatočne blízko, aby neutrína explodujúcej hviezdy dosiahla Zem vo veľkom počte.

V rokoch 2018-2020 detektor Super-K, nádrž obsahujúca 50 000 ton vyčistenej vody pod kilometrom skaly neďaleko Hida na centrálnom ostrove Honshu, prešla jednoduchým, ale dôležitým vylepšením zameraným na zvýšenie svojej schopnosti rozlíšiť Supernovú neutrín od iných častíc.

Keď sa neutrína - konkrétnejšie, jeho antipartica, antineutrino - zrazí s protónom vo vode, protón sa môže transformovať na pár ďalších častíc, neutrón a antielektrón. Antielektrón vytvára záblesk svetla, keď sa pohybuje vysokou rýchlosťou vo vode, a toto svetlo je zachytené senzormi obklopujúcimi steny nádrže. Tento záblesk samotného svetla by mohol byť nerozoznateľný od svetla produkovaných neutrínmi alebo antineutrínmi z rôznych iných zdrojov.

Počas aktualizácie vedci pridali do vody Super-K soľ na báze gadolínia. To umožňuje neutrón produkovaného, ​​keď antineutrino ovplyvňuje vodu, ktorá je zachytená jadrom gadolínia, a uvoľňuje druhú charakteristickú flash sekvenciu energie. Fyzici super-K, ktorí hľadajú supernové neutrínky, hľadajú rýchlu sériu dvoch zábleskov, jeden z antielektrónu a druhý z uväzneného neutrónu.

Vyriešiť kozmické záhady

Nakahata hovorí, že to bude trvať niekoľko rokov, kým sa jasne objavia signály Supernovy True Supernova, pretože dvojité bleskové signály môžu pochádzať aj z iných neutrínskych zdrojov vrátane tých, ktoré spôsobujú kozmické lúče, ktoré zasiahli atmosféru. Ale v čase, keď je Super-K naplánovaný na uzavretie do roku 2029, dodáva, že mal zhromaždiť dostatok údajov, aby sa solídny nárok.

A Ešte väčší experiment nazývaný hyper-kamiokande, Očakáva sa, že bude dokončený okolo roku 2027, by mohlo masívne zlepšiť výsledky Super-K. Hyper-K bude spočiatku naplnený čistou vodou, ale „všetky komponenty detektora sú navrhnuté tak, aby boli kompatibilné s gadolinium,“ ktoré by sa mohlo pridať neskôr, hovorí Francesca Di Lodovico, fyzik na King's College London a Co-Spokerson pre tento projekt.

Ukázať, že neutrínky zo vzdialených supernov, ktoré sa vyskytli pred miliardami rokov, sú stále prítomné, potvrdenie, že neutrínky sú stabilné častice a nerozpadajú sa na niečo iné, hovorí Nakahata. To je niečo, čo fyzici podozrievali po dlhú dobu, ale ešte neboli schopní dokázať.

Meranie celého spektra energie Supernova Neutrino by mohlo tiež odhaliť, koľko supernov sa vyskytlo v rôznych obdobiach kozmickej histórie, hovorí Harada. Okrem toho by mohla odhaliť, koľko kolapsujúcich hviezd viedlo k čiernej diere - ktorá by zastavila emisiu neutrín - na rozdiel od toho, aby zostala neutrónová hviezda za sebou.

Údaje spoločnosti Super-K sú stále príliš slabé na to, aby sa uplatnili na zisťovanie, ale možnosť odhalenia rozptýlených neutrín je „mimoriadne vzrušujúca“, hovorí Ignacio Takoa, fyzik v Gruzínskom technologickom inštitúte v Atlante a hovorca observatória ICCECUBE neutrínu na južnom póle. „Neutrinos by poskytli nezávislé meranie histórie tvorby hviezd vo vesmíre.“