Wissenschaftler haben ein hochenergetisches, unglaublich kleines "Geister" -Partikel namens Neutrino entdeckt, das durch das Eis der Antarktis fliegt, und seine Ursprünge auf einen bestimmten Blazar zurückgeführt, wie sie heute, am 12. Juli, bekannt gaben.
Die Physiker sind sehr aufgeregt über die Detektivarbeit, die ihnen vom Geburtsort des Neutrinos erzählt hat. Aber was zum Teufel ist überhaupt ein Neutrino und warum ist es wichtig, woher das Ding kommt?
Ein Neutrino ist ein subatomares Teilchen, genauso klein wie ein Elektron, aber ohne Ladung. Wissenschaftler wissen, dass Neutrinos ein kleines Stück Masse haben, aber sie können nicht genau bestimmen, wie wenig. Das Ergebnis ist, dass Neutrinos dazu neigen, anderen Stoffen die kalte Schulter zu geben: Sie interagieren nicht sehr oft mit ihrer Umgebung, was es für Wissenschaftler schwierig macht, sie zu erkennen. [Ein Neutrino bis zu seiner Quelle verfolgen: Die Entdeckung in Bildern]
Trotzdem sind sie überall - Ihr Körper wird jede Sekunde von etwa 100 Billionen Neutrinos getroffen. Und Wissenschaftler glauben, dass die seltsamen Teilchen den Schlüssel zu einigen der größten Geheimnisse des Universums enthalten könnten, einschließlich der Frage, warum die Materie früh nach dem Urknall die Antimaterie besiegt hat.
"Neutrinos sind großartig", sagte Kate Scholberg, Teilchenphysikerin an der Duke University in North Carolina, gegenüber Space.com. Sie ist voreingenommen, seit sie ihre Karriere damit verbracht hat, die kleinen Dinge zu studieren, aber das macht sie nicht falsch. "Wir müssen sie verstehen, wenn wir alles verstehen wollen."
Die neue Forschung ist ein kleiner Schritt für Wissenschaftler, die genau das hoffen. Die Entdeckung begann im September am IceCube Neutrino Observatory in der Nähe des Südpols. Tief im Inneren der Eisdecke der Antarktis zeichnete ein Detektorgitter den Weg eines einzelnen Neutrinos in 3D nach.
Der Weg war klar genug, dass die Physiker die Rückreise des Neutrinos in einer geraden Linie durch das Universum verfolgen konnten. In weniger als einer Minute baten sie Astronomen auf der ganzen Welt, ihre Teleskope in diese Region des Himmels zu drehen und zu notieren, ob sie etwas Interessantes sahen. Und das taten sie auch - es gab einen Blazar, eine massive Quelle energiereichen Lichts, die Gammastrahlen genannt wurde, in genau derselben Nachbarschaft, und die Wissenschaftler konnten den Blazar als Quelle des Neutrinos bestätigen.
Der Prozess war möglich, weil Neutrinos wie Lichtphotonen extrem große Entfernungen im Universum in geraden Linien zurücklegen können, ohne vom Kurs abgekommen zu sein. Andere Arten von energiereichen Partikeln können das nicht, weil sie geladen sind. "Sie kommen hierher", sagte Greg Sullivan, ein Physiker an der University of Maryland, der mit dem IceCube Neutrino Observatory zusammenarbeitet und an der neuen Forschung beteiligt war, gegenüber Space.com. "Wir können sie nicht zurückverfolgen, woher sie kommen."
Die Herausforderung hat Wissenschaftler seit etwa einem Jahrhundert geärgert, da sie nicht identifizieren können, welche Art von Objekten welche Art von hoch geladenen Teilchen erzeugt. Die Frustration motivierte die Wissenschaftler, IceCube zu öffnen, den einzigen Neutrino-Detektor, der 2010 groß genug ist, um die unglaublich energiereichen Partikel einzufangen, die jenseits unserer Galaxie geboren wurden.
"Neutrinos versprachen einige Zeit, den Himmel wie mit Licht, aber mit höheren Energien abbilden zu können", sagte Sullivan. "Wir können Fragen stellen oder versuchen, Fragen zu beantworten, die Sie sonst nicht könnten."
Neutrinos mit niedrigerer Energie werden bereits von Astronomen über ein von Scholberg betriebenes Netzwerk genutzt, das darauf wartet, mit einem Ausbruch von Neutrinos die nächste Kernkollaps-Supernova in der Milchstraße zu erkennen.
Eine solche Supernova wurde zuletzt 1987 beobachtet, bevor moderne Neutrino-Detektoren existierten. Aber wenn die nächste explodiert, wollen Scholberg und ihre Kollegen den Neutrino-Burst nutzen, um Astronomen rechtzeitig zu alarmieren, um die Lichtsignatur zu fangen. Die Neutrinos selbst erzählten den Wissenschaftlern auch, was während der Veranstaltung geschah. "Man konnte tatsächlich sehen, wie in den Neutrinos ein Schwarzes Loch geboren wurde", sagte Scholberg.
Dies wäre, wie die neue Blazar-Forschung, ein Durchbruch in der sogenannten Multimessenger-Astronomie, die zwei oder mehr verschiedene Datenkategorien wie Lichtphotonen, Neutrinos und Gravitationswellen verwendet. Mehr Datentypen bedeuten mehr allgemeine Informationen darüber, was passiert ist.
"Es ist wie ein großes Puzzle und wir versuchen, die Teile auszufüllen", sagte Sullivan. "Indem wir das Bild sowohl in verschiedenen Energien als auch in verschiedenen Teilchen sehen, können wir wirklich versuchen, die Physik dessen zu verstehen, was vor sich geht."
Aber Sullivan und seine Kollegen geben sich nicht damit zufrieden, bei der heutigen Ankündigung anzuhalten. "Dies ist nur der erste Schritt", sagte er und fügte hinzu, dass die Physiker hoffen, einen Neutrino-Detektor zu bauen, der noch größer als IceCube ist. "Wir haben viel mehr zu lernen und zu sehen."
