Prva podoba Rimske ceste, napravljena z nevtrini

Raziskovalci observatorija za nevtrine IceCube so posneli prvo "fotografijo" naše galaksije, ki ni nastala z zaznavo fotonov, temveč nevtrinov. Gre za sicer zelo grobo podobo, ki pa je izkaz napredka v naši obravnavi nevtrinov.

Dolga tisočletja so bili opazovalci vesolja omejeni na en sam način opazovanja: z vidno svetlobo. V prejšnjem stoletju so znanstveniki postopno uvajali nove načine, in sicer s širjenjem spektra svetlobe, ki so jo znali zaznati, denimo s prvimi radijskimi teleskopi v tridesetih. Korenit prelom je v tem tisočletju pomenil nastop povsem nove sorte obsevatorijev, ki prepoznajo gravitacijske valove. S tem nosilci informacij še vedno niso povsem izčrpani, saj nam mnogo lahko bržkone povedo tudi masni delci. Oziroma delec, kajti tu je izbira zelo zožana, saj so objekti z maso mnogo počasnejši od svetlobe, zato ni smiselno pričakovati, da bi denimo protoni ali nevtroni do nas leteli iz oddaljenih galaksij. Lahko pa to očitno počno nevtrini, še vedno precej eksotična oblika materije, ki se ne sklada povsem s klasičnimi enačbami standardnega modela fizike osnovnih delcev. Po njih bi morali namreč biti brezmasni, toda znanstveniki so po več desetletjih mukotrpnega dela dognali, da vendarle imajo zelo majhno maso. Pa še to posredno; ugotovili so namreč, da nevtrini spreminjajo okus, po domače rečeno oscilirajo med različnimi tipi. To pa je v teoriji mogoče zgolj, če imajo maso. Zelo majhno. Tako majhno, da lahko k nam letijo iz desetine milijonov svetlobnih let oddaljenih galaksij.

Opazovanje nevtrinov je sila težavno opravilo, saj zelo neradi reagirajo s čimerkoli v svoji okolici in nimajo naboja. Naše telo vsako sekundo preseva sto tisoč milijard nevtrinov, ki so nastali v Soncu ali naši atmosferi, brez očitnih posledic. Observatoriji zanje so zato prislovično eksotične in ogromne naprave, kjer si pomagamo s sekundarno zaznavo: z detektorji skušamo ujeti svetlobo sevanja Čerenkova, ki nastane, ko nevtrino trči v molekulo vode. To se sicer zgodi zgolj pri zelo visokih hitrostih, zato je to pripraven način za opazovanje kozmičnih nevtrinov, ki so nastali izven našega osončja, predvidoma kot posledica interakcije kozmičnih žarkov z vesoljsko okolico. Prvi takšni observatoriji so imeli obliko ogromnih vodnih cistern, kjer prednjači denimo japonski Kamiokande. Najmodernejši pa so se rešili okov gradnje velikanskih bazenov in senzorje preprosto postavijo v velika vodna območja - ne nujno v kapljevinskem agregatnem stanju. Ena najbolj domiselnih takšnih naprav in trenutno tudi vodilni observatorij za nevtrine na svetu je IceCube, postavljen na Antarktiki blizu južnega pola. IceCubovi detektorji so namreč posajeni v jaške, zvrtane v več kilometrov debelo ledeno podlago; tako tvorijo približno kubični kilometer veliko območje.

IceCube je v dobrih ducat letih obratovanja poskrbel za bistveno zvišanje v naši sposobnosti lociranja virov nevtrinov izven našega osončja, toda gre za visoko eksperimentalno področje, kjer napredek vseskozi prihaja iz še neslutenih smeri. Lanskega novembra so denimo objavili, da so določili dva pomembna zunajgalaktična vira nevtrinov; predvsem je v ospredju 47 milijonov svetlobnih let oddaljena galaksija NGC 1068 ali Messier 77, ki s tem velja za prvi potrjeni vir nevtrinov izven Rimske ceste. Pot do odkritja je bila v resnici dolgotrajna in težavna, saj so se do njega prebili tako, da so več let zapored vztrajno izboljševali strojno učene računalniške algoritme, s katerimi razlagajo v observatoriju pridobljene podatke. Smer priletelega delca je namreč mogoče ugotoviti, ker je tudi svetlobno sevanje močno usmerjeno ... toda z nekaj zadržki in če uspemo izločiti premnoge oblike šuma. S kako skopimi podatki strokovnjaki operirajo, pove dejstvo, da so v desetletju (z zadostno stopnjo zanesljivosti) tako zaznali zgolj 79 nevtrinov iz NGC 1068. Kako velik problem je šum, pa ponazori dejstvo, da IceCube v praksi še ne more kaj prida zanesljivo opazovati južnega neba neposredno nad seboj, temveč zgolj severnega na nasprotni strani Zemlje - ker naš planet prefiltrira odvečne delce!

Da je ravno NGC 1068 učinkovit vir kozmičnih nevtrinov, je najverjetneje posledica dejstva, da ima aktivno galaktično jedro, torej požrešno črno luknjo, ki od slinčka trosi naokoli razne ostanke, kot so snopi visokoenergijskega kozmičnega sevanja. Supermasivna črna luknja v središču naše galaksije pa je trenutno bolj lenobne sorte in že dolgo ni več aktivna, zato se morajo viri nevtrinov v Rimski cesti skrivati drugje - najverjetneje v pretekli aktivnosti, saj ne smemo pozabiti, da pri zretju globlje v vsemir gledamo v preteklost. To pomeni področja z visokimi koncentracijami plinov ali druge materije. Najnovejša objava observatorija IceCube v reviji Science potrjuje takšno premiso, saj je "fotka" najsvetlejša v galaktični ravnini in središču. Potrebnega bo kar nekaj primerjanja z meritvami v drugih načinih in spektrih, da doženemo dejanske mehanizme nastanka teh delcev; tudi za izvengalaktične vire nam še niso natančno poznani. Na koncu pa je to zgolj manjša stopnica na poti k natančnejšim meritvam, ki se jih lahko nadejamo že v razmeroma bližnji prihodnosti. IceCube bo šel v tem desetletju v pošteno nadgradnjo, ki bo podeseterila njegovo velikost, po svetu pa nastaja tudi množica konkurenčnih observatorijev, kot je KM3Net v Sredozemskem morju.