ZNANSTVENICI OTKRILI IZVOR KOZMIČKOG NEUTRINA VISOKE ENERGIJE Otkriće bi moglo biti ključ za razumijevanje misterija starog više od 100 godina

Ujedinjeni znanstvenici iz cijelog svijeta prvi puta su otkrili izvor kozmičkog neutrina visoke energije. S velikom pouzdanošću utvrdili su da je neutrino stigao iz okoline supermasivne crne rupe u središtu galaksije udaljene 4.5 milijarde svjetlosnih godina.

Ovo otkriće je objavljeno u časopisu Science, jednom od vodećih znanstvenih časopisa u svijetu. Značaj otkrića je u činjenici da je prvi put izvor čestica zvanih neutrino, uz pomoć fotona vrlo visokih energija, identificiran s aktivnom galaktičkom jezgrom, tj. okolinom supermasivne crne rupe.

Neutrino je najprije detektiran instrumentom IceCube na Južnom polu, a zatim njegov smjer povezan s poznatim izvorom visokoenergijskih fotona detektiranih instrumentom Fermi-LAT na satelitu i teleskopima MAGIC na Kanarskim otocima.

Hrvatski znanstvenici sudjelovali su u ovom izuzetnom otkriću kroz njihov rad na MAGIC teleskopima.

Otkriće je predstavljeno na zajedničkoj konferenciji za medije svih triju velikih znanstvenih kolaboracija, IceCube, Fermi-LAT i MAGIC, u sjedištu američke znanstvene zaklade u Washingtonu, u četvrtak 12. srpnja i prenošeno je uživo.

Neutrini su gotovo neuhvatljive čestice koje izuzetno rijetko međudjeluju s ostalom materijom i mogu proći kroz cijelu Zemlju da im se ništa ne dogodi. Zato se detektiraju ogromnim detektorima, koji onda svojim velikim volumenom povećavaju vjerojatnost detekcije. Jedan takav detektor, IceCube, izgrađen je na Južnom polu, kilometar kubni kristalno čistog leda na dubini od 1,5 km do 2,5 km opremljen je s oko 5000 senzora.

IceCube je 22. rujna 2017. godine detektirao neutrino izuzetno visoke energije, približno 290 teraelektronvolta. Tako visoka energija sugerirala je da je nastao u vrlo dalekom izvoru. Teorija predviđa kako je emisija neutrina popraćena istovremenom emisijom fotona visoke energije, koje nazivamo gama-zrakama. Zato je IceCube informaciju o detekciji neutrina iznimno visoke energije, odmah proslijedio svjetskoj zajednici astrofizičara, koji upravljaju brojnim instrumentima za detekciju fotona, kako bi pokušali identificirati izvor neutrina.

Nedugo nakon toga, znanstvenici koji upravljaju detektorom Fermi-LAT na satelitu koji kruži oko Zemlje i pretražuje cijelo nebo u potrazi za gama-zrakama, izvijestili su da se smjer ovog neutrina poklapa sa smjerom poznatog izvora gama-zraka, oznake TXS 0506+056 koji je u tom periodu bio u stanju pojačanog sjaja. U periodu 28. rujna do 3. listopada 2017, dva 17-metarska teleskopa kolaboracije MAGIC, smještena na kanarskom otoku La Palmi, detektirali su emisiju gama-zraka vrlo visokih energija iz istog smjera i potvrdili da se zaista radi o aktivnoj galaktičkoj jezgri s mlazovima zračenja i čestica koje se gibaju blizu brzine svjetlosti, takozvanom blazaru.

Ovo otkriće pomaže da se riješi misterij star više od 100 godina. Naime, još je 1912. godine otkriveno da kozmičke zrake čine uglavnom protoni vrlo visokih energija. Detektirani kozmički neutrini ukazuju da je blazar TXS 0506+056 sposoban ubrzati protone do vrlo visokih energija te da je mogući izvor kozmičkih zraka.

Dijana Dominis Prester sa Sveučilišta u Rijeci, članica kolaboracije MAGIC, objašnjava: "Protoni su pozitivno nabijeni te ih magnetska polja u svemiru zakreću i zato ne možemo pouzdano utvrditi odakle dolaze, dok su neutrini i fotoni neutralni pa se gibaju pravocrtno te tako omogućuju pouzdanu identifikaciju izvora. Treba istaknuti da je ovo rezultat zajedničke i koordinirane kampanje opažanja različitih tipova detektora/teleskopa na globalnoj razini."

Ovaj rezultat ukazuje na jasnu vezu između različitih svemirskih glasnika, u ovom slučaju fotona i neutrina. Gama-zrake nam daju informaciju kako rade kozmički akceleratori pogonjeni supermasivnim crnim rupama, odnosno kako nastaje kolosalna emisija energije u obliku čestica i zračenja te koje čestice sudjeluju i koji procesi se odvijaju.

Nikola Godinović (Sveučilište u Splitu - FESB), voditelja hrvatske grupe u kolaboraciji MAGIC, zaključuje: "Kako protoni u interakciji s okolnom tvari i zračenjem proizvode neutrine i gama zrake a energija im je barem deset puta veća od energije proizvedenih neutrina i gama zraka, razumno je tvrditi da je možda po prvi puta jednoznačno identificiran kozmički akcelerator, objekt koji je stanju ubrzati protone do iznimno visokih energija (PeV), barem tisuću puta veće energije od energije protona u LHC akceleratoru. Još nismo ovladali tehnologijom koja bi nam omogućila studiranje fizikalnih procesa na tako visokim energijama a i upitno je hoće li moći ikada izgraditi akceleratore koji se mogu natjecati s kozmičkim akceleratorima. Međutim detekcija svih mogućih glasnika (fotona, neutrino i gravitacijskih valova) emitiranih iz kozmičkih akceleratora omogućuje nam studiranja fizikalnih procesa na energijama koje ne možemo ostvariti u laboratorijima."

Hrvatska grupu čiji je voditelj Nikola Godinović (FESB-Split), u kolaboraciji MAGIC, čine znanstvenici iz Rijeke (Dijana Dominis Prester, Marina Manganaro, Saša Mićanović, Tomislav Terzić), Zagreba (Ana Babić, Željka Bošnjak, Stefan Cikota, Iva Šnidarić, Tihomir Surić), Osijeka (Dario Hrupec) te Splita (Damir Lelas, Ivica Puljak, Darko Zarić).

Unutar kolaboracije MAGIC uz redovnu analizu podataka hrvatska grupa zadužena je za dnevnu kontrolu kvalitete prikupljenih podataka i procjenu cjelokupne funkcionalnosti teleskopa i pomoćnih sustava te je odgovorna za organizaciju, sigurnost i kvalitetu opažanja teleskopima MAGIC.