Pierwszy taki obraz Drogi Mlecznej stworzony dzięki "cząstkom-duchom"
Astronomowie po raz pierwszy stworzyli obraz Drogi Mlecznej za pomocą kosmicznych cząstek duchów, czyli neutrin. Uzyskanie portretu było możliwe dzięki detektorowi IceCube osadzonemu w lodach Antarktydy.
Pierwszy taki obraz Drogi Mlecznej
Oszałamiające obrazy Drogi Mlecznej od lat są prezentowane przez astronomów, również tych amatorskich, jednak takiego obrazu nie uzyskamy, używając pierwszego lepszego teleskopu. Do tej pory ujawniane obrazy naszej galaktyki wykonywane były za pomocą promieniowania elektromagnetycznego ze światła widzialnego lub fal radiowych.
Teraz użyto całkiem innej perspektywy do zobrazowania Drogi Mlecznej opartej na cząstkach materii, a nie energii. Pierwszy raz w historii otrzymujemy obraz oparty na cząstkach materii, tak zwanych cząstkach duchach, czyli neutrinach. Są to maleńkie, wysokoenergetyczne cząstki kosmiczne, często określane właśnie jako widmowe. Widmowe dlatego, że ich „stan” pozwala im przenikać przez każdy rodzaj materii bez zmiany.
Pamiętam, jak powiedziałem: W tym momencie w historii ludzkości, jesteśmy pierwszymi, którzy widzą naszą galaktykę w czymkolwiek innym niż światło.
Czym dokładnie są cząstki duchy
Są bardzo trudne do wykrycia, a to z tego względu, że rzadko wchodzą w interakcje z otoczeniem, jednak wchodzą w interakcje z lodem. W związku z czym, antarktyczny teleskop wydaje się idealnym narzędziem do ich detekcji. A więcej lodu niż na Antarktydzie nie znajdziemy nigdzie na Ziemi.
Neutrina charakteryzują się tym, że prawie nie mają masy i mogą przemieszczać się w najbardziej ekstremalnych środowiskach, na przykład tych panujących na obcych planetach, gwiazdach czy odległych galaktykach, nie zmieniając przy tym w ogóle swojej struktury. Prawdopodobnie codziennie miliardy z nich przechodzą przez nas, a my nawet nie jesteśmy tego świadomi.
IceCube Neutrino Observatory na Antarktydzie
IceCube Neutrino Observatory na Amundsen-Scott South Pole Station National Science Foundation na Antarktydzie powstał z myślą o tym, aby wykryć neutrina oraz prześledzić ich pochodzenie. Znajduje się głęboko pod lodem Antarktyki poprzez wprowadzenie tysięcy sferycznych czujników optycznych zwanych digital optical modules (DOMs).
Detektor działa od 2010 roku i jest jak do tej pory największym tego typu detektorem. Naukowcy szacują jego żywotność na około 20 lat. Może monitorować do jednego miliarda ton lodu antarktycznego pod kątem właśnie interakcji neutrin. Aby zbudować IceCube, trzeba było wywiercić w lodzie 86 otworów po 1,5 kilometra głębokości każdy, w których rozmieszczona została sieć 5160 czujników światła na siatce o powierzchni jednego kilometra sześciennego.
Detekcja neutrin
Podczas gdy neutrina wchodzą w interakcje z lodem, tworzą słabe wzory świetlne wykrywane przez detektor. Niektóre z tych wzorów można przypisać określonym obszarom nieba, co pozwala na wyśledzenie pochodzenia cząstek. W 2018 roku naukowcom udało się wyśledzić neutrina, które przebyły 3,7 miliardów lat świetlnych do Ziemi. Jednak niektóre z cząstek duchów wytwarzają w czasie interakcji jedynie „rozmyte kule światła”, co utrudnia śledzenie ich drogi.
Trzech naukowców Kurahashi Neilson, Steve Sclafani z Drexel University i Mirco Hünnefeld z niemieckiego TU Dortmund University spędzili trzy lata na testowaniu specjalnego algorytmu opracowanego w celu rozpoznawania wzorców świetlnych neutrin. Efektem tej pracy jest jedyny w historii obraz Drogi Mlecznej stworzonej z punktów światła emitowanego przez neutrina.
Zobaczenie naszej galaktyki za pomocą neutrin to coś, o czym marzyliśmy, ale przez wiele lat wydawało się to poza zasięgiem naszego projektu. Tym, co dziś umożliwiło osiągnięcie tego wyniku, jest rewolucja w uczeniu maszynowym, która pozwala nam badać nasze dane znacznie głębiej, niż wcześniej.
Niektóre z oznaczonych punkami światła miejsc są również miejscami, gdzie naukowcy wcześniej obserwowali promienie gamma powstałe, gdy promienie kosmiczne zderzyły się z galaktycznym gazem i pyłem. Naukowcy uważają również, że owe interakcje mogą tworzyć neutrina, jednak do tej pory nie udało się oficjalnie zdefiniować ich pochodzenia.
Obserwacja naszej własnej galaktyki po raz pierwszy przy użyciu cząstek zamiast światła to ogromny krok. Wraz z rozwojem astronomii neutrinowej otrzymamy nową soczewkę do obserwacji wszechświata. Dlatego robimy to, co robimy. Zobaczyć coś, czego nikt nigdy nie widział i zrozumieć rzeczy, których my nie zrozumieliśmy.
