Astrofizikçiler, içinde yaşadığımız galaksinin hayaletimsi parçacıklardan yeni bir haritasını oluşturdular.
Şu anda, Samanyolu’nun bu haritası bulanık ve eksik. Ancak daha fazla veri toplandıkça daha net hale geliyor ve patlamış yıldızların genişleyen kalıntıları gibi galaktik titremelere ışık tutmaya yardımcı olacak ve yalnızca geleneksel teleskopları kullanarak gözlemlerle çözülmesi zor olan gizemlere ipuçları sunacak.
Galaksiye yeni bir bakış açısı yaratma fikrini ortaya atan Philadelphia’daki Drexel Üniversitesi’nde fizik profesörü olan Naoko Kurahashi Neilson, “Bu, kendi galaksimizi ışıktan başka bir şeyde ilk kez görüyoruz” dedi. nötrino olarak bilinen parçacıklardan.
doktor Kurahashi Neilson ve Güney Kutbu’ndaki bir nötrino detektöründen gelen verileri analiz etmek için işbirliği yapan 350’den fazla bilim insanı bulgularını Perşembe günü Science dergisinde yayınlanan bir makalede bildirdiler.
Araştırmaya dahil olmayan Hawaii Üniversitesi’nden bir fizikçi olan John G. Learned, “Bu nihayet nötrino astronomisinin başlangıcıdır” dedi.
İnsanlar gece gökyüzüne baktıklarından beri, galaksideki yıldızlardan gelen dağınık ışık bandını görmüşlerdir. Sofistike teleskoplar, Samanyolu’nu radyo dalgalarından ultra yüksek enerjili gama ışınlarına kadar ışık spektrumunda inceledi. Ama bunların hepsi ışık biçimleridir.
Nötrinolar tamamen farklıdır: çeşitli atom altı reaksiyonlarda yayılan ve evrendeki en yaygın parçacıklar arasında yer alan parçacıklardır. Ancak ağırlıkları neredeyse sıfırdır ve nadiren herhangi bir şeyle etkileşime girerler.
Dünya yüzeyinde, bilim adamları çeyrek kübik mil Antarktika buzunu IceCube nötrino gözlemevine dönüştürdüler. Buz, geçen her milyonda bir nötrinonun bir şeye çarpması ve buzda donmuş 5.000’den fazla fotoçoğaltıcı tüp tarafından yakalanabilen bir ışık parlamasını tetiklemesi için yeterli kütle sunar.
Geçen Kasım ayında, IceCube ekibi Dünya’dan sadece 47 milyon ışıkyılı uzaklıkta bir galaksi olan NGC 1068’den yaklaşık 80 nötrino tespit edildiğini bildirdi. Bu nötrinolar, büyük olasılıkla, merkezindeki süper kütleli kara delik içine düşen maddeyi açgözlülükle yutarken kustu.
Merakla, gökbilimcilerin Samanyolu galaksimizden geldiğini kesin olarak söyleyebilecekleri hiçbir nötrino yoktu. Bazı yönlerden, bu şaşırtıcı değildi. Samanyolu’nun merkezindeki kara delik, NGC 1068’inkinden çok daha sessiz. Ancak astrofizikçiler, IceCube’de ortaya çıkacak kadar yüksek enerjili nötrinolar üretecek başka fenomenler olmasını bekliyorlardı.
Nötrinoları Samanyolu’ndaki olaylara bağlamanın önündeki engellerden biri, IceCube detektörünün galaksimizin en kolay gözlemlenebildiği güney yarım küreye yerleştirilmesi olmuştur.
“Dedektör güney yarımkürede olduğu için daha iyi olduğunu düşünebilirsiniz,” dedi Dr. Kurahashi Neilson. Bunun yerine, gökbilimcilerin genellikle aradığı nötrino sinyali, yüksek enerjili kozmik ışınlar Dünya atmosferindeki moleküllerle çarpıştığında üretilen parçacıklar tarafından yıkanır.
“Neredeyse Los Angeles’ta Samanyolu’nu görmeye çalışmak gibi,” dedi Dr. Kurahashi Neilson.
Yaklaşık beş yıl önce aklına bir fikir geldi. Gökbilimcilerin odaklandıkları nötrino sinyalleri yerine -uzak kökenlerine yararlı bir şekilde işaret eden uzun ışık izleri- Dr. Kurahashi Neilson, nötrinoların IceCube içinde bile üretebildikleri, parçacıkların kökenini belirlemede pek yardımcı olmayan küresel ışık dizilerini analiz ediyor.
“Bir ışık damlası gibi,” dedi. “Eskiden onu astronomik bir bakış açısıyla çöpe atardık.”
Ancak lekeler her yönde mükemmel simetrik değildir – tıpkı bir gölete atılan bir taşın her zaman mükemmel dairesel olmayan dalgalar oluşturması gibi – bu nedenle nötrino için bir yön hala çıkarılabilir.
“O sırada çalışanlarımın çoğunun bunun mümkün olduğuna inandığını sanmıyorum,” dedi Dr. Kurahashi Neilson. “Sınırlarını zorlamak istiyorsun ama imkansız olanı yapmak istemiyorsun. Yani kenarda duran tüm bu fikirleriniz var ve gerçekten işe yarayabileceğini düşündüğünüz bir tanesini seçmelisiniz.”
Steve Sclafani, Dr. ile çalışan bir yüksek lisans öğrencisi. Drexel’de çalışan ve şu anda Maryland Üniversitesi’nde doktora sonrası araştırmacı olan Kurahashi Neilson ve Almanya’daki Dortmund Teknik Üniversitesi’nde doktora öğrencisi olan Mirco Hünnefeld, yapay zekanın bir dalı olan makine öğreniminde analize öncülük etti ve gelişmelerden yararlandı. .
Hünnefeld, “Gerçekten samanlıkta iğne araması yapıyoruz” dedi.
Kendini kandırma olasılığını önlemek için, 10 yıllık IceCube verilerinin analizi körü körüne gerçekleştirildi. Araştırmacılar ara sonuçların hiçbirine bakmadılar ve bilim adamları, analizlerinin herhangi bir Samanyolu nötrinosunu ortaya çıkarıp çıkarmadığını sonuna kadar bilmiyorlardı. “Kutuyu açıp sıfır görmemiz tamamen mümkündü,” dedi Dr. uykucu
Bunun yerine, analiz Samanyolu’nun galaktik düzleminden kaynaklanan yüzlerce nötrino ortaya çıkardı. Nötrinolar ve ışığın en enerjik formu olan gama ışınları arasında bir miktar korelasyon var gibi görünüyor. Her ikisi de, yüksek enerjili kozmik ışınlar yıldızlararası uzayda hidrojen gazı molekülleri gibi diğer parçacıklarla çarpıştığında ortaya çıkan parçacıklar dizisinde oluşur.
Dr. Kurahashi Neilson. Daha fazla veri toplandıkça, galaksinin merkezinden gelen nötrino emisyonları daha belirgin hale geliyor veya tamamen istatistiksel bir tesadüf olduğu için yok oluyorlar.
Kozmik ışınların, gama ışınlarının ve nötrinoların Dünya’ya yağan yağmuru, patlayan yıldızlar ve çevrelerini yutan karadelikler ile evrenin sakin olmaktan çok uzak olduğunu gösteriyor.
NASA’nın Maryland’deki Goddard Uzay Uçuş Merkezi’nde çalışan ve IceCube projesinde yer almayan bir astrofizikçi olan Regina M. Caputo, “Bütün bu inanılmaz şiddetli ve enerjik süreçleri görüyoruz” dedi.
NASA’nın Fermi Gamma-ray Uzay Teleskobu proje bilimcisi Elizabeth A. Hays, IceCube’ün yeni ve farklı bir görüş sunacağını söyledi. “Artık nötrinolara da sahip olduğumuza göre, galaksimizde ve ötesinde enerjik maddenin nereden geldiğini gerçekten anlamak için bu şeylere birlikte bakabiliriz.”
Şu anda, Samanyolu’nun bu haritası bulanık ve eksik. Ancak daha fazla veri toplandıkça daha net hale geliyor ve patlamış yıldızların genişleyen kalıntıları gibi galaktik titremelere ışık tutmaya yardımcı olacak ve yalnızca geleneksel teleskopları kullanarak gözlemlerle çözülmesi zor olan gizemlere ipuçları sunacak.
Galaksiye yeni bir bakış açısı yaratma fikrini ortaya atan Philadelphia’daki Drexel Üniversitesi’nde fizik profesörü olan Naoko Kurahashi Neilson, “Bu, kendi galaksimizi ışıktan başka bir şeyde ilk kez görüyoruz” dedi. nötrino olarak bilinen parçacıklardan.
doktor Kurahashi Neilson ve Güney Kutbu’ndaki bir nötrino detektöründen gelen verileri analiz etmek için işbirliği yapan 350’den fazla bilim insanı bulgularını Perşembe günü Science dergisinde yayınlanan bir makalede bildirdiler.
Araştırmaya dahil olmayan Hawaii Üniversitesi’nden bir fizikçi olan John G. Learned, “Bu nihayet nötrino astronomisinin başlangıcıdır” dedi.
İnsanlar gece gökyüzüne baktıklarından beri, galaksideki yıldızlardan gelen dağınık ışık bandını görmüşlerdir. Sofistike teleskoplar, Samanyolu’nu radyo dalgalarından ultra yüksek enerjili gama ışınlarına kadar ışık spektrumunda inceledi. Ama bunların hepsi ışık biçimleridir.
Nötrinolar tamamen farklıdır: çeşitli atom altı reaksiyonlarda yayılan ve evrendeki en yaygın parçacıklar arasında yer alan parçacıklardır. Ancak ağırlıkları neredeyse sıfırdır ve nadiren herhangi bir şeyle etkileşime girerler.
Dünya yüzeyinde, bilim adamları çeyrek kübik mil Antarktika buzunu IceCube nötrino gözlemevine dönüştürdüler. Buz, geçen her milyonda bir nötrinonun bir şeye çarpması ve buzda donmuş 5.000’den fazla fotoçoğaltıcı tüp tarafından yakalanabilen bir ışık parlamasını tetiklemesi için yeterli kütle sunar.
Geçen Kasım ayında, IceCube ekibi Dünya’dan sadece 47 milyon ışıkyılı uzaklıkta bir galaksi olan NGC 1068’den yaklaşık 80 nötrino tespit edildiğini bildirdi. Bu nötrinolar, büyük olasılıkla, merkezindeki süper kütleli kara delik içine düşen maddeyi açgözlülükle yutarken kustu.
Merakla, gökbilimcilerin Samanyolu galaksimizden geldiğini kesin olarak söyleyebilecekleri hiçbir nötrino yoktu. Bazı yönlerden, bu şaşırtıcı değildi. Samanyolu’nun merkezindeki kara delik, NGC 1068’inkinden çok daha sessiz. Ancak astrofizikçiler, IceCube’de ortaya çıkacak kadar yüksek enerjili nötrinolar üretecek başka fenomenler olmasını bekliyorlardı.
Nötrinoları Samanyolu’ndaki olaylara bağlamanın önündeki engellerden biri, IceCube detektörünün galaksimizin en kolay gözlemlenebildiği güney yarım küreye yerleştirilmesi olmuştur.
“Dedektör güney yarımkürede olduğu için daha iyi olduğunu düşünebilirsiniz,” dedi Dr. Kurahashi Neilson. Bunun yerine, gökbilimcilerin genellikle aradığı nötrino sinyali, yüksek enerjili kozmik ışınlar Dünya atmosferindeki moleküllerle çarpıştığında üretilen parçacıklar tarafından yıkanır.
“Neredeyse Los Angeles’ta Samanyolu’nu görmeye çalışmak gibi,” dedi Dr. Kurahashi Neilson.
Yaklaşık beş yıl önce aklına bir fikir geldi. Gökbilimcilerin odaklandıkları nötrino sinyalleri yerine -uzak kökenlerine yararlı bir şekilde işaret eden uzun ışık izleri- Dr. Kurahashi Neilson, nötrinoların IceCube içinde bile üretebildikleri, parçacıkların kökenini belirlemede pek yardımcı olmayan küresel ışık dizilerini analiz ediyor.
“Bir ışık damlası gibi,” dedi. “Eskiden onu astronomik bir bakış açısıyla çöpe atardık.”
Ancak lekeler her yönde mükemmel simetrik değildir – tıpkı bir gölete atılan bir taşın her zaman mükemmel dairesel olmayan dalgalar oluşturması gibi – bu nedenle nötrino için bir yön hala çıkarılabilir.
“O sırada çalışanlarımın çoğunun bunun mümkün olduğuna inandığını sanmıyorum,” dedi Dr. Kurahashi Neilson. “Sınırlarını zorlamak istiyorsun ama imkansız olanı yapmak istemiyorsun. Yani kenarda duran tüm bu fikirleriniz var ve gerçekten işe yarayabileceğini düşündüğünüz bir tanesini seçmelisiniz.”
Steve Sclafani, Dr. ile çalışan bir yüksek lisans öğrencisi. Drexel’de çalışan ve şu anda Maryland Üniversitesi’nde doktora sonrası araştırmacı olan Kurahashi Neilson ve Almanya’daki Dortmund Teknik Üniversitesi’nde doktora öğrencisi olan Mirco Hünnefeld, yapay zekanın bir dalı olan makine öğreniminde analize öncülük etti ve gelişmelerden yararlandı. .
Hünnefeld, “Gerçekten samanlıkta iğne araması yapıyoruz” dedi.
Kendini kandırma olasılığını önlemek için, 10 yıllık IceCube verilerinin analizi körü körüne gerçekleştirildi. Araştırmacılar ara sonuçların hiçbirine bakmadılar ve bilim adamları, analizlerinin herhangi bir Samanyolu nötrinosunu ortaya çıkarıp çıkarmadığını sonuna kadar bilmiyorlardı. “Kutuyu açıp sıfır görmemiz tamamen mümkündü,” dedi Dr. uykucu
Bunun yerine, analiz Samanyolu’nun galaktik düzleminden kaynaklanan yüzlerce nötrino ortaya çıkardı. Nötrinolar ve ışığın en enerjik formu olan gama ışınları arasında bir miktar korelasyon var gibi görünüyor. Her ikisi de, yüksek enerjili kozmik ışınlar yıldızlararası uzayda hidrojen gazı molekülleri gibi diğer parçacıklarla çarpıştığında ortaya çıkan parçacıklar dizisinde oluşur.
Dr. Kurahashi Neilson. Daha fazla veri toplandıkça, galaksinin merkezinden gelen nötrino emisyonları daha belirgin hale geliyor veya tamamen istatistiksel bir tesadüf olduğu için yok oluyorlar.
Kozmik ışınların, gama ışınlarının ve nötrinoların Dünya’ya yağan yağmuru, patlayan yıldızlar ve çevrelerini yutan karadelikler ile evrenin sakin olmaktan çok uzak olduğunu gösteriyor.
NASA’nın Maryland’deki Goddard Uzay Uçuş Merkezi’nde çalışan ve IceCube projesinde yer almayan bir astrofizikçi olan Regina M. Caputo, “Bütün bu inanılmaz şiddetli ve enerjik süreçleri görüyoruz” dedi.
NASA’nın Fermi Gamma-ray Uzay Teleskobu proje bilimcisi Elizabeth A. Hays, IceCube’ün yeni ve farklı bir görüş sunacağını söyledi. “Artık nötrinolara da sahip olduğumuza göre, galaksimizde ve ötesinde enerjik maddenin nereden geldiğini gerçekten anlamak için bu şeylere birlikte bakabiliriz.”