Neutrini cu energie extrem de mare au fost detectati de catre experimentul IceCube de la Polul Sud. In paralel, telescoape din intreaga lume au masurat raze cosmice care provin de la aceeasi sursa indepartata: un blazar situat la circa 4 miliarde de ani lumina fata de noi. Studiul acestor fenomene ne-ar putea ajuta sa descifram misterele celor mai intense surse de radiatii cosmice cunoscute in Univers, care sunt alimentate de enorme gauri negre.

Pentru studiul neutrinilor care provin din spatiu a fost construit un experiment la Polul Sud care foloseste gheata pentru masurarea acestor fantomatice particule.  Neutrinii nu au sarcina electrica si masa lor este extrem de mica – atat de mica incat pana la ora actuala nimeni nu  a reusit sa o masoare! Interactioneaza cu restul matereii atat de slab incat multi dintre ei  ar putea traversa intregul Univers fara sa interactioneze!

Experimentul de la Polul Sud se numeste IceCube si are la baza un volum de circa 1 km3 de gheaţă care este studiat cu ajutorul a 86 de sisteme de detecţie, fiecare fiind alcătuit dintr-un cablu vertical care porneşte de la 1.4 km şi ajunge la circa 2.5-2.8 km sub gheaţă şi care conţine 60 de detectoare individuale, adevăraţi ochi pentru măsurarea semnalelor produse de neutrini. Instalarea în profunzime are scopul de a reduce eventualele semnale care provin de la alte surse decât neutrinii. La aşa adâncime gheaţa este compactă şi pură, semnalele de la neutrini fiind mult mai curate decat in experimente la suprafata.

IceCube masoara mii de neutrini, insa majoritatea provin din procese bine cunoscute, si au energii relativ joase. Din cand in cand insa IceCube masoara neutrini cu energii extrem de mari – care ajung pana la noi din exteriorul galaxiei noastre. Ultimul neutrin de acest gen observat pe 22 septembrie 2017 are incredibila energie de circa 300 de TeV (Teraelectronvolt) – energie mult  mai mare decat cea a protonilor accelerati la marele accelerator de particule LHC de la CERN, Geneva, care este de „doar” circa 6.5 TeV.

De unde provine acest neutrin?

Urmele lasate in gheata de la Polul Sud au permis cercetatorilor sa stabilieasca directia din care provenea neutrinul si sa studieze acea regiune a spatiului si cu ajutorul telescoapelor care masoara radiatii electromagnetice in diverse lungimi de unda. Telescopul spatial Fermi (NASA) a fost primul care a identificat o intensa activitate de raze gamma care proveneau din directia din spatiu indicata de IceCube. Ulterior mai multe telescoape au masurat o intensa activitate a sursei TXS 0506+056, situate la circa 4 miliarde ani lumina fata de noi, rezultatele acestor studii fiind publicate in doua articole recente in Science.

Ce fel de obiect este TXS 0506+056? Se pare ca este vorba despre un asa-numit blazar. Un blazar (din engleză: blazing quasi-stellar radiosource, care se poate traduce prin „sursă radio strălucitoare cvasistelară”) este o sursa de energie compacta, asemanatoare unui quasar, asociat cu prezenta unei gauri neagre masive in centrul unei galaxii. Aceste galaxii active emit in directii opuse doua jeturi intense de radiatie si daca noi ne situam in directia acestora este vorba despre un blazar. Blazarii sunt printre obiectele cele mai active din Univers si fac parte, impreună cu quasarii si radiogalaxiile, din familia galaxiilor active. Emit o cantitate de radiatii enorma in toate lungimile de unda, radiatie generata de procesele  care au la baza prezenta unei gauri neagre supermasive, cu masa de milioane sau chiar miliarde de ori cea a Soarelui, in centrul lor.

Studiul blazarilor cu ajutorul astronomiei multi-mesager (adica neutrini si radiatie electromagnetica) ne va ajuta sa intelegem mai bine procesele care au in loc in interiorul acestora si cum este posibila generarea de particule cu energii atat de mari precum cele masurate. Aceste studii vor contribui, se spera, si la intelegerea gaurilor negre masive, adevarati monstri cosmici, a caror prezenta in Univers este la ora actuala invaluita in mister.

 

Articol scris de Cătălina Oana Curceanu, prim cercetător în domeniul fizicii particulelor elementare şi al fizicii nucleare, Laboratori Nazionali di Frascati, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Roma, Italia) şi colaborator al Scientia.ro