IceCube, a neutrínó vadász
Mert, hogy ez a teleszkóp nem a csillagokat, galaxisokat és társaikat hivatott figyelni, hanem a neutrínó nevű részecskéket.
A neutrínók szinte tömegtelen, elektromos töltés nélküli, semleges, a valaha megfigyelt legmagasabb energiájú részecskék, forrásaiktól a Földre juthatnak lényegében csillapítás és mágneses tér általi eltérítés (vagyis akadály, kölcsönhatás) nélkül. Ezek a részecskék rádióaktív bomláskor jönnek létre. Leginkább akkor, amikor egy csillagban magfúzió zajlik. Napunk is folyamatosan neutrínókat bocsájt ki magából. De Földünk belsejében is létrejönnek és a légkörünkben, a sztratoszférában. Mesterségesen az atomerőművek a neutrínók forrásai. Igen, az atombomba is.
Először csupán az elméletben számoltak a létezésével. 1930 – ban Wolfgang Pauli (1900. április 25. Bécs –1958. december 15. Zürich, Svájc) Nobel – díjas elméleti fizikus jött rá arra, hogy a radioaktív úgynevezett béta – bomlás során egy elektron képtelen felvenni az összes, magból távozó energiát. Kell lennie egy másik részecskének is. Ezen részecske létezése néhány egyéb, fizikai törvény teljesüléséhez is hozzájárult, mint például: az energiamegmaradás törvénye.
1956 – ban Clyde L. Cowan (1919. december 6 – 1974. május 24) és Frederick Reines (1918. március 16. – 1998. augusztus 26) amerikai fizikusoknak sikerült elsőként láthatóvá tenniük az addig csupán elméletben létező, láthatatlan részecskét.
Mivel különböző helyről érkeznek a neutrínók, befogásuk, detektálásuk is különböző módszerrel történik. A mi szempontunkból most górcső alá vett neutrínó kozmikus sugárzással érkezik a világűrből.
Egyébként három típusa van: az elektron-, a müon- és a tau-neutrínó.
Jó – jó, de miért fontos és érdekes ez a részecske?
Az univerzum leggyakrabban előforduló anyagi részecskéje. Rajtunk keresztül is másodpercenként több száz milliárd neutrínó áramlik át négyzetcentiméterenként.
Neutrínó forrás például a fekete lyukakat körülölelő akkréciós korong. Az akkréciós korong az úgynevezett anyagbefogási korong. A fekete lyuk körül keringő anyagok szerkezetté állnak össze. Megvan az Interstellar? Íme a szerkezet:
Szupernóva kitöréskor akadálytalanul lökődnek ki a neutrínók a csillagból. Szupernóva előrejelző rendszerünk egyébként már van: SNEW – SuperNova Early Warning System (korai szupernóva-előrejelző rendszer). Ez a rendszer hangolja össze a neutrínó teleszkópokat, ha esemény van.
Az Ősrobbanáskor is keletkeztek neutrínók a kozmikus háttérsugárzáskor.
Létének bizonyítása óriási dolog, ami közelebb vihet minket a még mindig rengeteg, ismeretlen, csupán elméleti síkon létező, nem létező, nem csupán asztrofizikai világ törvényeihez, elgondolásaihoz, létünk miben létéhez.
Ilyen például a sötét anyag, ami jelen állás szerint az Univerzum tömegének 26 % – át teszi ki. Ismét az elméleti fizika.
Egy közvetetten bizonyított példa azonban a néhány közül:
Az Androméda – galaxis külső csillagai is ugyanolyan sebességgel mozognak, mint a belső csillagai, holott az általunk ismert és alátámasztott fizikai törvények alapján ez képtelenség lenne. Ezt a felfedezést egyébként 1970 – ben Vera Florence Cooper Rubin (1928. július 23 – 2016. december 25) amerikai csillagász tette. 200 másik galaxist is megvizsgált, és mindegyik esetben a külső csillagok sebessége megegyezett a belsőkével. A külső csillagok némelyikének az alacsony gravitáció miatt ki kellene repülniük az intergalaktikus térbe.
Kell lennie még valami láthatatlan anyagnak, ami egyben tartja többek közt a fent említett galaxisok külső csillagait. Az első ilyen elmélet egyébként 1932 – ben Jan Hendrik Oort (1900. április 28 – 1992. november 5) holland csillagász nevéhez fűződik.
Ezt az anyagot, aminek létére csupán a gravitációra mért hatásából következtetünk, sötét anyagnak hívjuk.
Valójában azonban láthatatlan, hiszen a gravitáción kívül semmivel nem lép kölcsönhatásba.
Egy időben azt gondolták, a neutrínó a sötét anyag egyik alkotóeleme lehet. Ma már egyre több minden szól az elmélet ellen, de még mindig vita tárgyát képezi minek, mennyire, és hogyan lehet, nem lehet köze egymáshoz a két anyagnak.
IceCube, a jégbe zárt teleszkóp
A neutrínók észleléséhez nagyon tiszta és rengeteg anyagra, például vízre vagy jégre van szükség. Amikor egyetlen neutrínó beleütközik egy atom belsejében lévő protonba vagy neutronba, az így létrejövő nukleáris reakció során másodlagos részecskék keletkeznek, amelyek kék fényt bocsátanak ki (Cserenkov-sugárzás).
Az IceCube Neutrino Obszervatórium egy több komponensből álló gigatonnás, egy köbkilométeres részecskedetektor, ami 2004 – 2010 között épült. Felszín alatti moduljai majd 2 500 méter mélyre nyúlnak, az Antarktisz jegébe ágyazva a Déli – sarkon.
A komplexum felszínen található részét IceTop néven emlegetik. Ez egy 81 állomásból álló épülettömb a húrok felett helyezkedik el. Ez úgymond az IceCube kalibrációs detektoraként szolgál, mind emellett érzékeli az elsődleges kozmikus sugarak méréseit, vizsgálatát végzi. A 86 darab jégbe fagyasztott húrban helyezték az 5 160 darab DOM – ot, azaz a Digitális Optikai Modult, amik mindegyike fénysokszorozó csővel és ahhoz kapcsolt elektronikával rendelkezik.
Az IceCube képes a Napból, a Tejútrendszerből és a galaxison kívülről érkező neutrínókra vadászni.
A neutrínókat nem figyelik meg közvetlenül, de amikor véletlenül kölcsönhatásba lépnek a jéggel, és fényt bocsátanak ki. A fény erősségéből tudható, hogy mekkora energiát bocsájtanak ki magukból. Az IceCube szenzorai összegyűjtik ezt a fényt, amelyet ezt követően digitalizálnak és időbélyeggel látnak el. Ezt az információt a felszínen lévő IceCube Lab számítógépeihez küldik, amelyek az egyes DOM-ok üzeneteit fénymintákká alakítják, amelyek a részecskék irányát és energiáját.
Túlnyomó részt a Napból származó neutrínókat detektálnak.
2013 – ban például két olyan részecskét észleltek, amik olyan magas energiával rendelkeztek, mely kizárja hogy a Napunkból származott volna. Valahonnan távolabbról érkeztek, de nem sikerült lokalizálni a kiindulást. 2017 – ben viszont sikerült egy olyan neutrínót detektálnia az obszervatóriumnak, ami egy fekete lyuk által elnyelt anyag bocsájtott ki magából
„Az általunk észlelt neutrínók olyanok, mint az ujjlenyomatok, amelyek segítenek megérteni azokat a tárgyakat és jelenségeket, amelyekben a neutrínók keletkeznek” – állítja az IceCube csapata.
Nem csupán neutrínókat vizsgál és vadászik az obszervatórium, hanem a kozmikus sugárzást, a sötét anyagot, és a gleccserekkel, jéggel, eljegesedéssel kapcsolatos természeti jelenségekkel is foglalkozik.
Azóta egyébként már akad egy hasonló kaliberű társa is máshol: jeges vízben. =)
Be a Nerdy Bird!
