Всяка секунда, някъде в наблюдаваната вселена, масивна звезда колабира предизвиква експлозия на свръхнова. Според физиците обсерваторията Super-Kamiokande в Япония вече може да открие постоянен поток от неутрино от тези бедствия събирам, което може да доведе до няколко открития на година.

това малки субатомни частици са от решаващо значение за разбирането на това, което се случва в свръхнова: докато излизат от колабиращото ядро ​​на звездата и летят през космоса, те могат да предоставят информация за потенциално нова физика, която може да възникне при екстремни условия.

На последния Неутрино 2024 конференция в Милано, Италия, Масаюки Харада, физик от Токийския университет, разкри, че първите доказателства за неутрино от свръхнови изглежда идват от хаоса от частици, които детекторът Super Kamiokande събира всеки ден от други източници, като космически лъчи, удрящи атмосферата и ядрен синтез в Слънцето. Резултатът предполага, че „започнахме да наблюдаваме сигнал“, казва Масаюки Накахата, физик от Токийския университет и говорител на експеримента, обикновено наричан Super-K. Въпреки това Накахата предупреждава, че подкрепящите данни - събрани в продължение на 956 дни наблюдение - все още са много слаби.

Летливи частици

Неутриното са изключително неуловими. Повечето преминават през планетата като светлина през стъкло, а Super-K улавя само малка част от тези, които я пресичат. Все пак детекторът има добри шансове да открие неутрино от свръхнови, тъй като Вселената трябва да е наводнена с тях. Колапсът на звезда освобождава огромни количества от тези частици (изчислени на около 10^58), които астрофизиците наричат ​​дифузен неутринен фон на супернова.

Досега обаче никой не е успял да докаже този фон. Неутрино са създадени само веднъж ясно проследени до колабираща звезда – Накахата беше един от изследователите, които откриха частиците през 1987 г. с помощта на детектора Kamioka II, предшественик на Super-K. Откритието беше възможно, защото свръхновата се появи в Големия Магеланов облак, галактика джудже, достатъчно близо, че неутриното на експлодиращата звезда достигна Земята в големи количества.

През 2018-2020 г. детекторът Super-K, резервоар, съдържащ 50 000 тона пречистена вода под километър скала близо до Хида на централния остров Хоншу, претърпя проста, но важна надстройка, насочена към увеличаване на способността му да разграничава неутрино от свръхнови от други частици.

Когато неутрино - по-конкретно, неговата античастица, антинеутрино - се сблъска с протон във вода, този протон може да се трансформира в двойка други частици, неутрон и антиелектрон. Антиелектронът произвежда проблясък на светлина, докато се движи с висока скорост във водата, и тази светлина се улавя от сензорите около стените на резервоара. Тази светкавица сама по себе си може да бъде неразличима от светлината, произведена от неутрино или антинеутрино от различни други източници.

По време на надграждането учените добавиха сол на базата на гадолиний към водата на Super-K. Това позволява неутронът, произведен, когато антинеутрино въздейства върху водата, да бъде уловен от гадолиниевото ядро, освобождавайки втора, характерна светкавична последователност от енергия. Физиците от Super-K, които търсят неутрино от свръхнова, търсят бърза поредица от две светкавици, едната от антиелектрона и втората от уловения неутрон.

Разрешете космически мистерии

Накахата казва, че ще минат няколко години, преди истинските сигнали за свръхнова да се появят ясно, тъй като двойните светкавични сигнали могат да идват и от други източници на неутрино, включително тези, причинени от космически лъчи, удрящи атмосферата. Но докато Super-K е планирано да затвори до 2029 г., добавя той, трябва да е събрал достатъчно данни, за да направи солидна претенция.

А още по-голям експеримент, наречен Hyper-Kamiokande, който се очаква да бъде завършен около 2027 г., може значително да подобри резултатите на Super-K. Първоначално Hyper-K ще бъде пълен с чиста вода, но "всички компоненти на детектора са проектирани да бъдат съвместими с гадолиний", който може да бъде добавен по-късно, казва Франческа Ди Лодовико, физик в King's College London и съ-говорител на проекта.

Показването, че неутриното от далечни свръхнови, възникнали преди милиарди години, все още присъства, ще потвърди, че неутриното са стабилни частици и не се разпадат на нещо друго, казва Накахата. Това е нещо, което физиците подозират отдавна, но все още не могат да докажат.

Измерването на пълния спектър от енергии на неутрино от свръхнови може също да разкрие колко супернови са възникнали в различни периоди от космическата история, казва Харада. Освен това може да разкрие колко колабиращи звезди са довели до черна дупка - която ще спре излъчването на неутрино - за разлика от оставянето на неутронна звезда.

Данните на Super-K все още са твърде слаби, за да се претендира за откриване, но възможността за откриване на дифузните неутрино е „изключително вълнуваща“, казва Игнасио Табоада, физик в Технологичния институт на Джорджия в Атланта и говорител на обсерваторията за неутрино IceCube на Южния полюс. „Неутриното ще осигури независимо измерване на историята на образуването на звезди във Вселената.“