Неутрино астрономия отвътре - Астрономия на български
26.11.2014 г. universeru 0
Неутрино са елементарни частици, които се движат през просторите на Вселената със скорост, близка до светлинната. Неутриното много рядко взаимодействат с други частици и затова почти винаги летят свободно през всяко препятствие, например през вашето тяло, моето тяло или всеки друг обект, който срещнат по пътя си. Тези призрачни частици могат да бъдат истинска находка за астрономите: в края на краищата, летейки от източника си, те падат директно към нас, без да бъдат погълнати от нищо и без да се отразяват обратно. Изучавайки ги, можем да получим изчерпателна информация за самия източник от далечните краища на Вселената.
Но има един "малък" проблем, който вероятно вече сте забелязали. Ако неутриното почти никога не взаимодействат с нищо, тогава как можем да ги "хванем" и изучаваме? В края на краищата, за това е необходимо те по някакъв начин да повлияят на нашия детектор!
Детекторът на неутрино обикновено е резервоар, пълен с вещество (например вода), в което взаимодействието на неутрино с елементарни частици от това вещество се открива по различни признаци.
Решението на проблема е размерът. Колкото по-голям е обемът на детектора, толкова по-голямо е количеството материя, през което неутриното ще трябва да прелети, и колкото по-голяма е площта, толкова повече неутрино ще попаднат в детектора. Всичко това ще увеличи шанса неутриното все пак да се прояви чрез някоя от възможните реакции.
Всяка секунда около 60 милиарда неутрино, излъчвани от Слънцето, преминават през площ от 1 cm² на Земята.
Представете си: обсерваторията за неутрино IceCube на Южния полюс използваедин кубичен километър арктически лед като детектор. Но след три години този гигантски детекторулови общо 36 неутрино, които най-вероятно идват от космически източници.
Тук започва моята работа. Правя изследвания в областта на теорията на елементарните частици и моята работа е да определя къде и как са възникнали откритите неутрино. И тъй като астрономията на неутриното, може да се каже, е само в начален стадий, има много интересни теории и идеи, които се опитват да обяснят природата на регистрираните неутрино. Като цяло, ние свързваме появата на неутрино с различни известни мощни източници на други видове радиация, като изблици на гама-лъчи, свръхнови и активни галактически ядра. Или дори с по-екзотични явления, като разпадането на тъмната материя.
Доста трудно е да се определи къде точно са възникнали регистрираните неутрино, а понякога е просто невъзможно да се посочи точно посоката към техния източник. Факт е, че в детекторите повечето неутрино оставят много разпръснати следи от елементарни частици, образувани в резултат на сблъсък. Използват се много сложни алгоритми за реконструиране на пътя на неутрино в лабораторията IceCube, но дори това ни позволява да стесним зоната за търсене на източника само до десет (или повече) квадратни градуса в небето. Всяка такава област може да съдържа много потенциални източници на неутрино лъчение.
За щастие има няколко начина, по които можете да разрешите този проблем. Първо, регистрирането на много неутрино, пристигащи от една и съща част на небето, ще ни позволи да стесним зоната за търсене на техния източник и да го открием. За съжаление, докато такиване са открити групи неутрино, но тази ситуация трябва да се промени с течение на времето.
Второ, мощните космически източници, способни да "произведат" високоенергийни неутрино, обикновено са също източници на рентгенови лъчи и гама-лъчение и космически лъчи (протони и алфа-частици) и излъчват не постоянно, а на изблици. Такива източници са добре познати или могат да бъдат намерени доста лесно. Можем да сравним времето и посоката, в която се регистрират изблиците на радиация (например с помощта на телескопа Chandra) с времето на регистрация и посоката на неутриното. Ако времената и позициите съвпадат, можем да кажем с голяма точност, че е открит източник на неутрино.
В една от нашите скорошни статии моите колеги и аз посочваме, че нашата Галактика също изглежда има обект, излъчващ интензивни неутрино. Този обект е Стрелец A*, свръхмасивната черна дупка в центъра на Млечния път.
Стрелец A* е на 26 000 светлинни години, масата му е приблизително 4 милиона слънчеви маси и през повечето време Стрелец A* свети слабо в рентгеновия диапазон. Понякога обаче регистрираме най-силните изблици на радиация с интензитет сто пъти по-голям от обичайното ниво на радиация от центъра на Галактиката.
Въпреки че все още не знаем точно какви процеси протичат около свръхмасивните черни дупки, някои процеси могат да бъдат описани вече. На теория черните дупки са заобиколени от облаци газ и прах, където частици, ускорени до много високи скорости, постоянно се сблъскват една с друга. Когато електроните се сблъскат, се образуватрентгенови лъчи ; когато протоните се сблъскат, се образуват заредени пиони (частици, не цветя),които след това се разпадат, излъчвайкинеутрино ; сблъсъците на протони също могат да доведат до образуването на неутрални пиони, които се разпадат нагама лъчи. По този начин, когато се открие един от видовете радиация, като гама лъчи, можем да очакваме, че такъв източник също трябва да излъчва неутрино и рентгенови лъчи. Добавете тук всички останали части от спектъра (и може би някой ден дори гравитационното излъчване) - и пъзелът ще се събере в една голяма картина.
Изучавайки космическите обекти във всички налични видове радиация, можете да получите ясна представа за същността на тези обекти и процесите, протичащи в тях. По този въпрос всички области на астрономията са важни и неутрино астрономията заема своето почетно място сред тези дисциплини.