Messzi galaxisból érkeznek a szellemrészecskék

A CERN különleges neutrino obszervatóriumában 79 olyan esetet jegyeztek fel, amelyben nagy energiájú neutrínókibocsátást mértek a Messier 77, más néven NGC 1068 galaxis irányából, derül ki a Science hasábjain közölt beszámolóból. Az eredmény a két kilométerrel a Déli-sark jege alatt épített több köbkilométeren elterülő detektor, az IceCube Neutrino Observatory mérésein alapul.

A negyedmilliárd dollár költséggel, öt év alatt felépített obszervatórium impozáns szerkezet, és nem véletlenül: az ismert világ egyik legkevésbé mérhető alkotóelemét kell megmérnie. A neutrínó egy semleges elemi részecske, amely egy fényév vastagságú ólomfalon képes átkelni anélkül, hogy az anyagba ütközne. Miközben ezt a cikket olvassa, másodpercenként 

anélkül, hogy akár egy atommal is kölcsönhatásba lépne. A szellemrészecskének is nevezett neutrínó az egyik legkomolyabb potenciális megoldása a sötét anyag rejtélyének. A sötét anyag az a titokzatos anyag, ami az univerzum 23 százalékát teszi ki, és gravitációs hatása megakadályozza, hogy szétszálljanak a galaxisok. A neutrínó kellőképpen sötét és megfoghatatlan, de a fizikusoknak mégis sikerült detektálniuk.

A jégkocka detektor 86 furatban elhelyezett egyenként 60 digitális optikai érzékelő modullal igyekszik elkapni a szellemrészecskék nyomait. A különösen érzékeny fényérzékelő csövek a jég molekuláiba becsapódó nagy energiájú neutrínókból származó leptonok keltette Cserenkov-sugárzás halvány kékes fényét érzékelik. A felszínre küldött adataikból már csak a más kozmikus részecskék okozta, tízmilliószor gyakoribb észleléseket kell kiszűrni. Az IceCube obszervatórium a ritka neutrínóbecsapódásokért épült, amelyekből átlagosan 75-öt jegyeznek fel egy nap, és a belőlük keletkező részecskezápor tulajdonságait elemezve azt is rekonstruálni tudják, hogy honnan érkeztek.

Új szemmel nézzük a világot

A kutatók a 2011 és 2020 között észlelt közel 80 neutrínóról megállapították, hogy a Messier 77, röviden M77 galaxis aktív központjából származnak. Az M77 47 millió fényévnyire található spirálgalaxis, a Cet csillagképben. Pierre Méchain francia csillagász írta le először 1780-ban. Ez a galaxis nagyon különbözik a Tejúttól, mert a központjában található fekete lyuk körüli anyagból több fény árad, mint a környező csillagokból. Nem tudjuk pontosan, hogy mi történik a galaxis központjában, de az innen származó neutrínók a kozmikus porfelhőkön keresztül is érintetlenül érkeznek hozzánk ebből a régióból, egyenes vonalban, szemben a gravitáció által meghajlított kozmikus sugarakkal és fénnyel.

A modern detektorok előtt a fizika csak a Napból, szupernóvákból és radioaktív bomlásból származó neutrínókat ismerte. 2018-ban az IceCube egyik első eredménye az volt, hogy egyetlen neutrínóészlelést nyomozott vissza egy négymilliárd fényévre található galaktikus magig.

Ahogy fent is látható, a múlt héten közölt tanulmány jóval robusztusabb észleléshalmazzal dolgozott. Az IceCube detektor eredményei lényegében a neutrínócsillagászat születését jelentik. Hordereje hasonló a LIGO-obszervatórium gravitációs hullámok mérésével elért csillagászati megfigyeléseihez – ennek alapítói 2017-ben megkapták a fizikai Nobel-díjat.

(Cnet, Interesting Engineering, Vice)