Είναι πλέον οριστικό: η ανίχνευση ενός κοσμικού νετρίνου που συγκρούστηκε με τη Γη, φτάνοντας σε επίπεδα ενέργειας που δεν έχουν ξαναπαρατηρηθεί, δεν ήταν ούτε σφάλμα ούτε τεχνικό πρόβλημα. Πρόκειται για την καταγραφή ενός πραγματικού σωματιδίου, σε ένα από τα πιο εντυπωσιακά γεγονότα της αστρονομίας των τελευταίων ετών.
Η ανακάλυψη έγινε τον Φεβρουάριο του 2023 από τον ανιχνευτή KM3NeT, ο οποίος βρίσκεται σε μεγάλο βάθος κάτω από τη Μεσόγειο. Το σήμα που εντοπίστηκε αντιστοιχούσε σε ένα νετρίνο με ενέργεια 220 petaelectronvolts (PeV), τιμή που συντρίβει το προηγούμενο ρεκόρ των 10 PeV. Μετά από ενδελεχή ανάλυση όλων των δεδομένων που σχετίζονται με το γεγονός, γνωστό ως KM3-230213A, οι επιστήμονες όχι μόνο επιβεβαίωσαν την ακρίβεια της μέτρησης, αλλά και ανέδειξαν το μυστήριο γύρω από την προέλευση του σωματιδίου.
Η κοινοπραξία KM3NeT δήλωσε ότι τα πρότυπα φωτός που κατέγραψε ο ανιχνευτής ταιριάζουν απόλυτα με αυτά που θα περίμενε κανείς από ένα σχετικιστικό σωματίδιο, πιθανότατα ένα μιόνιο, αποκλείοντας την πιθανότητα τεχνικού σφάλματος. Χάρη στην ανακατασκευή της ενέργειας και της κατεύθυνσης του μιονίου, το πιο λογικό σενάριο είναι ότι προήλθε από την αλληλεπίδραση ενός αστροφυσικού νετρίνου κοντά στον ανιχνευτή.
Τα νετρίνα είναι από τα πιο άφθονα σωματίδια στο Σύμπαν, παραγόμενα σε εξαιρετικά ενεργειακά περιβάλλοντα, όπως η πυρηνική σύντηξη στα άστρα ή οι εκρήξεις σουπερνόβα. Δεν έχουν ηλεκτρικό φορτίο, η μάζα τους είναι σχεδόν μηδενική και σπάνια αλληλεπιδρούν με άλλα σωματίδια. Εκατοντάδες δισεκατομμύρια νετρίνα περνούν κάθε δευτερόλεπτο μέσα από το σώμα μας, χωρίς να αφήνουν ίχνος, εξ ου και το προσωνύμιο «σωματίδια-φάντασμα».
Διαβάστε επίσης
Αυτή η ιδιότητά τους καθιστά εξαιρετικά δύσκολη την ανίχνευσή τους. Σπανίως, κάποιο νετρίνο συγκρούεται με άλλο σωματίδιο, δημιουργώντας ένα μικρό «ντους» από δευτερογενή σωματίδια, όπως μιόνια και φωτόνια. Αυτές οι εκπομπές φωτός, αν και αμυδρές, μπορούν να εντοπιστούν από ειδικούς ανιχνευτές σε απόλυτο σκοτάδι. Ο KM3NeT, βυθισμένος 3.450 μέτρα κάτω από την επιφάνεια της θάλασσας, λειτουργεί σε τέτοιο περιβάλλον, όπου κάθε νετρινικό γεγονός μοιάζει με μικρό φάρο.
Η ανίχνευση του KM3-230213A αποτέλεσε αμέσως αντικείμενο συζήτησης, καθώς άλλοι γνωστοί ανιχνευτές, όπως οι IceCube και Pierre Auger, λειτουργούν για πάνω από δέκα χρόνια χωρίς να έχουν εντοπίσει νετρίνο με τόσο υψηλή ενέργεια. Η ανάλυση της KM3NeT έδειξε ότι, παρότι η πιθανότητα να έχει καταγραφεί μόνο από τον δικό τους ανιχνευτή είναι μικρή (περίπου 1 στις 100), δεν υπάρχει ασυμφωνία μεταξύ των δεδομένων των τριών πειραμάτων.
Οι ερευνητές εξέτασαν επίσης πώς εντάσσεται αυτό το γεγονός στη γενικότερη εικόνα της ροής και της ενεργειακής κατανομής των νετρίνων στο Σύμπαν. Η προσθήκη του συγκεκριμένου νετρίνου υψηλής ενέργειας κάνει πιο συνεπείς τις προβλέψεις για τη συμπεριφορά τους. Το πιο ενδιαφέρον, όμως, είναι ότι η μελέτη ανοίγει το ενδεχόμενο ύπαρξης μιας νέας πηγής ή μηχανισμού παραγωγής υπερ-υψηλής ενέργειας νετρίνων, πέρα από τις ήδη γνωστές διαδικασίες.
Ένα πιθανό σενάριο είναι η παραγωγή «κοσμογενών νετρίνων», που δημιουργούνται όταν κοσμικές ακτίνες αλληλεπιδρούν με την κοσμική μικροκυματική ακτινοβολία υποβάθρου, το αρχαιότερο «φως» του Σύμπαντος, ηλικίας 13,8 δισεκατομμυρίων ετών. Μια άλλη πιθανότητα είναι η ύπαρξη άγνωστων ακόμα αστροφυσικών αντικειμένων που εκπέμπουν νετρίνα σε τόσο ακραίες ενέργειες.
Η ανάλυση δεν μπόρεσε να ξεκαθαρίσει αν όντως υπάρχει αυτή η νέα συνιστώσα. Η προέλευση του KM3-230213A μπορεί να συνδέεται με βίαιες περιοχές κοντά σε γαλαξιακά κέντρα, με εκρήξεις ακτίνων-γάμμα που παράγονται από υπερκαινοφανείς, ή με αλληλεπιδράσεις με το κοσμικό υπόβαθρο. Ωστόσο, οι επιστήμονες θεωρούν πολύ απίθανο το σωματίδιο να έχει γεννηθεί εντός του Γαλαξία μας. Όποια κι αν είναι η πηγή του, προέρχεται πιθανότατα από ένα ακραίο και μακρινό σημείο του Σύμπαντος.
Η ομάδα εργάζεται ήδη για να χαρτογραφήσει με μεγαλύτερη ακρίβεια την τροχιά του νετρίνου, ελπίζοντας να πλησιάσει στην αποκάλυψη της ακριβούς προέλευσης. Όπως τόνισαν, το KM3-230213A ανοίγει ένα νέο παράθυρο στην αστρονομία υπερ-υψηλής ενέργειας νετρίνων και αποτελεί την πρώτη προσπάθεια συνδυασμού παρατηρήσεων από πολλά τηλεσκόπια σε ευρύ φάσμα ενεργειών για τη μελέτη αυτού του είδους σωματιδίων. Η κατανόηση αυτών των ακραίων γεγονότων μπορεί να μας φέρει πιο κοντά στη γνώση των πιο βίαιων και μυστηριωδών αντικειμένων στο Σύμπαν.
[via]
