Flygtige spøgelsespartikler fanget i Sydpolens is hjælper til at løse astrofysisk gåde

25. juli 2018

DG’s Niels Bohr Professor Subir Sakar og professor Jason Koskinen, er en del af et globalt samarbejde, der ved hjælp af neutrinoobservatoriet IceCube, for første gang har opdaget sammenhængen mellem udledning af neutrinoer og stråling fra aktive galakser kaldet blazarer.

På billedet ses IceCube observatoriet med en grafisk gengivelse af en fjern kilde der udleder neutrinoer som detekteres under Sypolens is gennem IceCube’s sensorer kaldet DOM’s. (Foto: IceCube/NSF)

Dybt under isens overflade på Sydpolen ligger den kæmpemæssige forskningsstation IceCube Neutrino Observatory, der forsøger at fange et glimt af elementarpartikler kaldet neutrinoer, som er ekstremt svære at detektere. Ved hjælp af IceCube har professor Jason Koskinen, som er en del af forskningsgruppen tilknyttet Niels Bohr professoratet til Subir Sakar, og professor Sakar selv, i samarbejde med et internationalt forskningshold detekteret energirige neutrinoer og fundet ud af, at deres oprindelse hænger sammen med en type aktive galakser kaldet blazarer. Den banebrydende opdagelse er publiceret i det videnskabelige tidsskrift Science og pryder forsiden af seneste nummer.

De flygtige neutrinoer kaldes også spøgelsespartikler, da de med ekstrem hastighed og uden at interagere med mellemliggende stof kan rejse gennem universet uden at blive standset. Neutrinoer er iblandt de mest udbredte partikeltyper i universet, men modsat alle andre kendte partikler, har neutrinoerne ingen elektrisk ladning. Dette gør, at de sjældent interagerer med andre partikler og derfor kan stryge direkte igennem alt fra menneskets krop til resten af kloden uden at give sig til kende. Forskerne har derfor ekstremt svært ved at observere spøgelsespartiklerne og må anvende enorme, særudviklede neutrino-observatorier så som IceCube for at fange et glimt af dem.

Allerede i 2013 detekterede et forskerhold med IceCube den meget energirige type neutrinoer, men de kunne ikke spore, hvorfra de kom. Højenergi-neutrinoernes oprindelse har siden været en gåde, men i september sidste år kunne det internationale forskerhold med deltagelse af Koskinen og Sakar detektere endnu en energirig neutrino, og observationerne tydede på, at partiklen kom hele fire milliarder lysår herfra. Samtidig med opdagelsen registrerede man en forøget gammastråling fra samme retning som neutrinoen. Strålingen viste sig at stamme fra en såkaldt blazar – en aktiv galakse, hvis kerne består af et eller flere sorte huller, der udsender elektromagnetisk stråling ud i kosmos med ekstrem hastighed.

I det nylige studie argumenterer forskerne for, at de to sammenfaldende begivenheder er forbundet. Opdagelsen er et stort gennembrud inden for astrofysikken, da det viser, at neutrinoerne kan bruges som astronomiske budbringere, der kan gøre os klogere på universet.

”Vi har haft ideer til, hvor energirige neutrinoer kunne komme fra, men vi har manglet beviset. Vi har ledt, men ikke fundet kilden til dem. Men nu ved vi, at denne neutrino kom fra en aktiv galaksekerne,” fortæller Sakar til videnskab.dk.

Det er første gang, forskerne opdager sammenhængen mellem udledning af energirige neutrinoer og elektromagnetisk stråling fra de kraftfulde blazarer. Opdagelsen er særligt bemærkelsesværdig, da de mystiske spøgelsespartikler eksempelvis bliver dannet under kosmiske fusionsprocesser, så som big bang og også opstår i supernova-eksplosioner og i stjerner som Solen. Derved er partiklerne informationsrige budbringere, der potentielt kan give forskerne svar på nogle af universets helt store hemmeligheder.

Forskernes opdagelse af sammenhængen mellem blazarer og neutrinoer er derfor et afgørende skridt i retning mod en bedre forståelse for, hvor neutrinoer og kosmisk stråling stammer fra, og dermed en milepæl i udforskningen af rummet.

”Vi har længe undret os over, hvor disse elementarpartikler opstår, og nu har vi et stærkt bevis for, at blazarer er en kilde til den her type højenergi neutrinoer. Opdagelsen er en meget vigtig brik i vores forståelse af universet og de mest energirige og kraftfulde objekter i det,” siger professor Jason Koskinen til Københavns Universitet.

IceCube er verdens største neutrino-detektor og omkring 300 astrofysikere fra 49 forskellige institutioner fordelt over 12 lande beskæftiger sig med projektet. Det antarktiske neutrino observatorium rummer desuden overflade-detektoren IceTop samt det underjordiske DeepCore, der gør IceCube til en multifunktionel forskningsstation, hvor forskerne undersøger nogle af fysikkens allerstørste og mest centrale spørgsmål om universet.

Læs den videnskabelige artikel i Science her.

Læs mere om opdagelsen hos Niels Bohr Institutet her

Yderligere information kan findes hos videnskab.dk her.