Observatoriet har upptäckt spökpartiklar från närliggande galax

2022-11-14 11:41  

Det internationella neutrinoobservatoriet Icecube ligger i Antarktis och sträcker sig flera kilometer under isen. Där har man nu funnit bevis på energirika neutriner från en närliggande galax.

Neutriner – elementarpartiklar utan laddning och med nästan ingen massa – är universums vanligast förekommande partikel. Neutriner växelverkar knappt med andra partiklar vilket gör att de är väldigt svåra att detektera. Detta har gett neutrinon smeknamnet spökpartikeln. 

Nu har den stora forskningsanläggningen Icecube bekräftat en ström av neutriner från galaxen NGC 1068 – även kallad Messier 77. Data har samlats in och analyserat i över tio år, men det är ändå bara runt 80 neutriner som har uppmätts från galaxen.

Icecube ligger vid Sydpolen och har tusentals sensorer nedsänkta på djup av 1,5 till 2,5 kilometer i isen. Eftersom neutriner sällan växelverkar med annan materia är det fördelaktigt att ha väldigt stora detektorer. Vid Icecube letar man efter de sällsynta neutrinointeraktionerna i en miljard ton is. 

Icecube vid sydpolen. Foto: Felipe Pedreros, IceCube/NSF

Partiklarna kommer från galaxkärnan

Klas Hultqvist är professor vid Fysikum på Stockholms universitet och har jobbat länge med Icecube. Han berättar om studien som nyligen publicerades i Science och att det troliga är att neutrinerna kommer från galaxens svarta hål.

– Det skulle kunna vara så att partiklarna kommer från andra områden, till exempel från områden med mycket stjärnbildning. Men att det kommer just från kärnan är en väldigt rimlig hypotes, säger han. 

Det svarta hålet i Messier 77 är en aktiv galaxkärna. En aktiv galaxkärna är ett svart hål som suger i sig omkringliggande materia. Detta skapar två relativistiska strålar med materia som sprutar ut från kärnan. Om en av dessa strålar är riktade rakt mot jorden kallas det för en blazar. 

Klas Hultqvist är professor vid Fysikum på Stockholms universitet och har jobbat länge med Icecube. Foto: Christian Walck

Neutriner bildar andra partiklar i isen

Icecube detekterar neutriner via det ljus som sänds ut av sekundärpartiklar som bildas i neutrinoreaktioner. När en neutrino växelverkar med isen kan till exempel en myon, en negativt laddad elementarpartikel, bildas. När en neutrino väl upptäcks måste forskarna avgöra varifrån den kom.

– Med Icecube kan vi rekonstruera riktningen ner till under en grad, ner till 0,2 grader ungefär. Det gäller händelser där en myon skapas vid en neutrinoreaktion, vilket leder till ett laddat myonspår i isen. En sådan partikel rör sig långt genom isen och praktiskt taget åt samma håll som den inkommande neutrinon, säger Klas Hultqvist. 

I studien har forskarna kunnat härleda neutrinerna till galaxen Messier 77. Galaxen upptäcktes redan 1780 och ligger 47 miljoner ljusår från oss. Det aktiva svarta hålet i centrumet av galaxen verkar vara källan till neutrinerna. Något som är förvånande är dock bristen på annan strålning därifrån. 

– Neutrinerna bildas av pionsönderfall, och vid dessa sönderfall bildas även fotoner i form av gammastrålning. Men i det här fallet syns neutriner men inte någon gammastrålning, säger Klas Hultqvist 

En pion, eller pimeson som den också kallas, är en partikel uppbyggd av två kvarkar. När laddade pioner sönderfaller bildas neutriner och av neutrala pioner bildas fotoner. Anledningen till att bara neutrinerna når oss är antagligen för att galaxkärnan omges av en torus – som en stor badring – av stoft och gas som blockerar gammastrålningen. 

– Men neutriner kan penetrera mycket mer material än fotoner kan göra. Så vi kan se neutrinerna trots att torusen skymmer motsvarande fotoner, säger Klas Hultqvist. 

Neutriner kan säga oss var kosmisk strålning accelereras 

Eftersom neutriner så sällan interagerar med annan materia kan partiklarna användas till att ta reda på information om universum som inte andra teleskop kan få fram.

– En ambition med neutrinoastronomin har varit att hitta var partiklar accelereras. Det finns kosmisk strålning som har en enormt hög energi när den kommer fram till jorden som inte kan komma från vår galax, säger Klas Hultqvist. 

Runt det svarta hålet i Messier 77 så sker det acceleration av partiklar, vilket skapar de högenergirika neutrinerna som har upptäckts. Antagligen är det protoner som accelereras och sedan kolliderar med omgivande materia eller strålning.

– Vid hadroniska reaktioner, till exempel när protoner kolliderar, bildas nya partiklar där de flesta oftast är pioner, säger Klas Hultqvist. 

Pionerna sönderfaller sedan till neutriner och gammastrålning, och från Messier 77 kan vi sedan mäta neutrinerna. Icecube har tidigare hittat neutriner från blazaren TXS 0506+056 som är hela 5,7 miljarder ljusår från jorden. 

Utöver Icecube finns det andra projekt som letar efter neutriner. I Medelhavet håller till exempel projektet Km3net på att utvecklas som ska använda sig av havsvatten för att detektera spökpartiklarna. Även Icecube kommer att byggas ut och förbättras under de kommande åren. 

– Efter mer än tjugo års arbete är det väldigt spännande, och bådar gott inför framtiden, att vi nu har konkreta resultat om skeenden i kosmos, baserade på neutrinoobservationer. Neutriner är unika budbärare som har potential att ge oss en mer fullständig bild av universum, säger Klas Hultqvist.

Bill Burrau

Mer om: Neutrino Rymden

Kommentarer

Välkommen att säga din mening på Ny Teknik.

Principen för våra regler är enkel: visa respekt för de personer vi skriver om och andra läsare som kommenterar artiklarna. Alla kommentarer modereras efter publiceringen av Ny Teknik eller av oss anlitad personal.

  Kommentarer

Debatt