Djupt under Medelhavet sker jakten på neutrinos

 

Bild wikipedia Den första observationen av en neutrino skedde i en bubbelkammare 1970. En neutrino kommer från höger, träffar en proton, och tre laddade partiklar lämnar spår. En myon uppstår och lämnar det långa spåret till det övre vänstra hörnet; protonen lämnar det korta spåret snett uppåt; det tredje spåret är en pimeson som skapats i kollisionen.

Neutrinon är en elementarpartikel (en av materiens minsta beståndsdelar)  som tillhör familjen leptoner vilka saknar elektrisk laddning (obs ska inte förväxlas med neutronen som är en av byggstenarna i atomer)

Varje sekund passerar miljarder neutriner genom jorden och även våra kroppar utan att lämna ett spår efter sig. De har ingen elektrisk laddning och nästan ingen massa. De är minst en miljon gånger lättare än en elektron och växelverkar sällan med materia vilket gör dem extremt svåra att upptäcka. Under Medelhavets finns Europas neutrinoteleskop KM3NeT. Höga strängar av sensorer sträcker sig en kilometer ner till havsbotten, arrangerade i ett stort 3D-rutnät. 

Dess syfte är att fånga in de spöklika subatomära partiklar som kallas neutriner vilka kan färdas obehindrat i universum, genom planeter och stjärnor  och visa ledtrådar utifrån sin riktning om händelser långt bort i universum som skett i tid och rum.

I gryningen den13 februari 2023 upptäckte KM3NeT en intensiv blixt av ren energi. Det var den mest energirika neutrino som någonsin observerats. Effekten var 30 gånger större än något tidigare mätresultat. Forskare har sedan dess försökt ta reda på var den kom. "Neutriner är de mest intressanta partiklarna som finns just nu", beskriver Paschal Coyle vid Frankrikes nationella centrum för vetenskaplig forskning där man samordnar ett EU-finansierat projekt kallat KM3NeT-INFRADEV2 som stöder utvecklingen av KM3NeT-infrastrukturen. "Det finns många mysterier kring dem. De är de minst förstådda av de fundamentala partiklarna."

Neutriner kan passera genom universum utan att absorberas vilket innebär att de bär med sig orörd information från de mest extrema miljöer som vetenskapen känner till ex exploderande stjärnor, svarta hål och kosmiska kollisioner. Den neutrino som upptäcktes 2023, med beteckningen KM3-230213A, registrerades för en energiladdning på 220 petaelektronvolt (PeV). En extraordinärt stor siffra för en enskild partikel och nästan otänkbar inom partikelfysiken. Var kom den ifrån? Ingen vet!

Neutriner produceras av en mängd olika källor, från kärnreaktionerna som de som driver solen till exploderande stjärnor (supernovor) och andra högenergetiska kosmiska händelser. En teori är att de mest energirika neutrinerna härstammar från blazarer. Från de  galaxers aktiva supermassiva svarta hål vilka slungar jetstrålar av mycket energirik strålning direkt mot jorden.

En annan möjlighet är att högenergirik kosmisk strålning som strömmar över universum, kolliderar med ljusets fotoner och bildar neutriner. Om KM3-230213A ursprung är detta tyder det på att kosmogena neutriner (isotoper som bildats i jordens eller andra himlakroppars yttre lager genom kosmisk strålning) är vanligare än man trott.

"Eller så hade vi bara tur vid upptäckten", medger Coyle. Det kan vara så att KM3NeT av en slump lyckades upptäcka en sällsynt neutrino med mycket hög energi.

Ett svart hål strimlar just nu en närgången stjärna därute

 

Att fånga en stjärna under dess sista tid då dess slut snart sker vid ett svart hål är sällsynt. Astronomer har likväl lyckats upptäcka ett fåtal sådana händelser vilka ger kunskap om vad som då sker. En stjärna som kommer för nära ett svart hål fångas in av det svarta hålets gravitation. Den då kolossala tidvattenkraft som då uppkommer från det svarta hålet, dess sammanlagda gravitationsfält, sträcks då ut  mot stjärnan vilket resulterari ett effektivt och kraftfullt indragande av stjärnan mot det svarta hålet vilket resulterar i att stjärnan slits itu.

Ett skeende som betecknas som en tidvattenstörningshändelse (TDE) och som ses som ett lysande ljusbloss vilket lyser mycket starkt och beror på att ca hälften av den sönderslitna stjärnan virvlar runt det svarta hålet och vilket ger en enorm värme innan detta stoff obönhörligt dras ner bortom händelsehorisonten (den (skenbara) ytan kring ett svart hål, som utgör gränsen mellan hålets innandöme och omvärlden). Den andra halvan av stjärnspillrorna ges en rekyl som resulterar i att detta kastas ut i rymden.

Det var just en sådan lysande och glödande händelse som observerades från jorden den 9 april 2019.

 

Händelsen fick beteckningen AT2019dsg och ägde rum ca 750 miljoner ljusår från oss vid  ett supermassivt svart hål med en storlek av 30 miljoner gånger solens massa (vår egen Vintergatans supermassiva svarta håls massa är 4 miljoner solmassor). AT2019dsg  blossade upp briljant i det optiska och i det röntgenstrålande spektret och en stund  senare även i radiostrålspektrumet.

Knappt sex månader senare, den 1 oktober 2019 gjordes en ny upptäckt av IceCube neutrinodetektorn belägen under isen på Antarktis: då en av de högsta energineutrinutslag som plockats upp  detekterades. Utslaget fick namnet IC191001A.

 

"Den slog ner i den antarktiska isen med en energi på mer än 100 teraelektronvolt", säger astronomen Anna Franckowiak vid Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY) vid Universitetet i Bochum i Tyskland.

 

"Som jämförelse är det minst tio gånger mer än den maximala partikelenergi som kan uppnås i världens mest kraftfulla partikelaccelerator, Large Hadron Collider vid det europeiska partikelfysiklabbet CERN nära Genève." Den kom från den riktning där tidvattenstörningshändelsen  AT2019dsg skett.

Neutrinor är fascinerande små ting. Deras massa är nästan noll. De färdas i nästan ljushastighet och de interagerar nästan inte alls med vanlig materia. Miljarder neutrinor genomborrar varje människa hela tiden. Det är därför de fått smeknamnet "spökpartikel". Dessa genomströmningar är inget vi märker av och vad vi vet är de ofarliga.

 

Det betyder dock inte att de inte kan interagera med materia vilket visas av att IceCube har möjlighet att detektera dem. Då och då kan en neutrino interagera med isen och skapar då en ljusblixt. Med detektor inneslutna djupt in i mörkret under Antarktis is märks dessa blixtar. När forskare analyserade IC191001A fann de att det bara fanns  0,2 procents chans att detta utslag inte var associerat som AT 2019dsg.

"Detta är den första neutrino som är kopplad till en tidvattenstörningshändelse", säger astronomen Robert Stein på DESY.

Händelsen som fått beteckningen AT 2019dsg  kan lättare förstås genom medföljande länk där visas tydligt i en kort filmsekvens hur man ska förstå händelsen. Se HÄR. 

Bild från https://www.sciencealert.com/