Neutrino hantu mengintip ke jantung galaksi terdekat

Inti selestial Messier 77 terletak sedemikian rupa sehingga debu dan gas yang mengorbit lubang hitam mengaburkan objek jika dilihat dari Bumi menggunakan metode khas seperti teleskop yang mengandalkan cahaya optik.

“Kami melihat galaksi sedikit menyamping, dan karena kami melihatnya dari samping, lubang hitam bersembunyi di balik materi yang mengorbit di dekatnya,” kata Ignacio Taboada, profesor fisika di Institut Teknologi Georgia. Juru bicara kerjasama internasional yang melakukan penelitian.

Tapi neutrino – partikel paling berlimpah dan energik di alam semesta –Lewati gas dan debu ini tanpa terpengaruh Karena mereka jarang berinteraksi dengan apa pun, termasuk medan magnet, materi, atau gravitasi. Aspek hantu ini memberi para ilmuwan cara yang belum pernah terjadi sebelumnya untuk menyelidiki proses yang terjadi di sekitar lubang hitam yang sebelumnya tersembunyi, termasuk bagaimana gas dan materi bermuatan super berakselerasi ke sekitarnya, kata para peneliti.

“Neutrino adalah cara berbeda dalam memandang alam semesta. Dan setiap kali Anda melihat alam semesta dengan cara baru, Anda mempelajari sesuatu yang tidak akan Anda pelajari dengan cara lama,” kata Dr. Tabouda.

Neutrino menyimpan informasi Mereka tercetak ketika terbentuk di sumbernya, termasuk energi mereka, menurut Hans Niederhausen, seorang rekan postdoctoral di Michigan State University yang terlibat dalam penelitian. Energi yang sama ini dibawa ke Bumi dengan neutrino.

Sekarang mereka tahu dari mana beberapa neutrino berasal, para peneliti mempelajarinya untuk lebih memahami di mana interaksi dalam Messier 77 yang menciptakan dan mempercepat partikel-partikel ini terjadi — dan perilaku serta sifat lubang hitam itu sendiri, kata Dr. Niederhausen.

Mereka juga berencana menyisir alam semesta untuk neutrino lain dari galaksi dengan lubang hitam supermasif aktif yang mirip dengan Messier 77. Galaksi ini “memberi kita ide yang sangat bagus tentang ke mana harus mencari selanjutnya,” tambahnya.

Teleskop pendeteksi neutrino yang digunakan dalam penelitian ini, dikenal sebagai Observatorium Neutrino Es BatuTerkubur dalam satu miliar ton es di sekitar stasiun Kutub Selatan Amundsen-Scott di AS. Ketika neutrino melewati Bumi, mereka terkadang bertabrakan dengan atom di dalam es. Observatorium mendeteksi lebih dari 5.000 sensor seukuran bola basket produk sampingan dari tabrakan langka itu dan mengirimkan data itu ke komputer di permukaan.

Observatorium senilai $ 279 juta, didanai terutama oleh National Science Foundation, selesai pada tahun 2011 dan mendeteksi sekitar 100.000 neutrino setiap tahun. Hampir semua neutrino ini diciptakan oleh proses di atmosfer kita, tetapi beberapa ratus atau lebih neutrino yang terdeteksi setiap tahun berasal dari luar tata surya kita – yang dikenal sebagai neutrino astrofisika.

Karena Neutrino menembus materi Dan mereka melewati tanpa terpengaruh, berjalan tanpa kesalahan dalam garis lurus dari titik penciptaan mereka. Jadi, dengan memplot arah transmisi neutrino fisik melalui es, peneliti dapat merekonstruksi jalurnya melalui alam semesta ke sumbernya.

Hampir 400 ilmuwan di lebih dari 50 institusi membentuk kerjasama internasional IceCube, yang menganalisis data Dikumpulkan oleh Observatorium Antara 2011 dan 2020 untuk mengidentifikasi 79 neutrino yang berasal dari Messier 77.

Dr Yoshi Uchida, seorang profesor fisika di Imperial College London yang tidak terlibat dalam penelitian ini, mengatakan penemuan objek individu IceCube yang merupakan sumber neutrino astrofisika “cukup menakjubkan”. “Setelah berjalan selama 10 tahun, ternyata mengamati neutrino menjadi sumber informasi lain.”

Dr Tapoada mengatakan dia yakin IceCube akan terus mendapatkan lebih banyak neutrino yang muncul dari galaksi ini. Penemuan masa depan ini tidak hanya dapat membantu menganalisis detail tambahan tentang lubang hitam supermasif Messier 77, tetapi juga dapat membantu menjawab “pertanyaan tertua dalam astronomi,” menurut Frances Halzen, fisikawan di University of Wisconsin-Madison dan peneliti utama di IceCube.

Para ilmuwan telah mengetahui tentang keberadaan sinar kosmik – aliran proton berenergi tinggi dan inti atom yang bergerak dengan kecepatan mendekati cahaya dan menghasilkan radiasi elektromagnetik dan rentetan partikel subatom ketika mereka menyerang atmosfer bumi – selama lebih dari satu abad. Tetapi asal usul sinar-sinar ini, dan bagaimana mekanisme yang mempercepatnya dan mengirimkannya ke arah kita, tetap sulit dipahami.

“Sesuatu di alam semesta memberi mereka dorongan besar untuk membuat mereka pergi begitu cepat,” kata Dr Niederhausen tentang sinar kosmik.

Neutrino adalah produk sampingan dari interaksi sinar kosmik dengan materi dan radiasi di sekitar objek berenergi tinggi seperti lubang hitam supermasif, jadi Dr. Menelusuri partikel hantu kembali ke awal mereka dapat membantu memecahkan asal usul sinar kosmik, kata Halzen dan Taboada.

Kirim surat ke Aylin Woodward di [email protected]