Iga sekund kukub kuskil vaadeldavas universumis kokku massiivne täht käivitab supernoova plahvatuse. Füüsikute sõnul suudab Jaapanis asuv Super-Kamiokande observatoorium nüüd tuvastada nendest katastroofidest tuleneva pideva neutriinovoo koguda, mis võib ulatuda mõne avastuseni aastas.

See väikesed subatomilised osakesed on üliolulised supernoovas toimuva mõistmiseks: kui nad tähe kokkuvarisevast tuumast välja paiskuvad ja läbi kosmose lendavad, võivad nad anda teavet potentsiaalselt uue füüsika kohta, mis võib tekkida äärmuslikes tingimustes.

Viimase peal Neutrino 2024 Itaalias Milanos toimunud konverentsil paljastas Tokyo ülikooli füüsik Masayuki Harada, et esimesed tõendid supernoova neutriinode kohta näivad olevat pärit osakeste kaosest, mida Super Kamiokande detektor kogub iga päev muudest allikatest, näiteks atmosfääri tabavatest kosmilistest kiirtest ja tuumasünteesist Päikeses. Tulemus viitab sellele, et "oleme hakanud signaali jälgima," ütleb Masayuki Nakahata, Tokyo ülikooli füüsik ja katse eestkõneleja, mida tavaliselt nimetatakse Super-K-ks. Nakahata hoiatab siiski, et 956 vaatluspäeva jooksul kogutud toetavad andmed on endiselt väga nõrgad.

Lenduvad osakesed

Neutriinod on äärmiselt tabamatud. Enamik läbib planeedi nagu valgus läbi klaasi ja Super-K jäädvustab vaid väikese osa neist, kes seda läbivad. Siiski on detektoril hea võimalus tuvastada supernoovadest pärit neutriinosid, kuna universum peaks olema nendega üle ujutatud. Tähe kokkuvarisemisel eraldub tohutul hulgal neid osakesi (hinnanguliselt umbes 10^58), mida astrofüüsikud nimetavad difuusse supernoova neutriino taustaks.

Seda tausta pole aga seni keegi suutnud tõestada. Neutriinod loodi ainult üks kord selgelt tagasi kukkunud täheni – Nakahata oli üks uurijatest, kes avastas osakesed 1987. aastal, kasutades Super-K eelkäija Kamioka II detektorit. Avastus oli võimalik, kuna supernoova leidis aset Suures Magellani pilves, mis on kääbusgalaktikas piisavalt lähedal, et plahvatava tähe neutriinod jõudsid suurel hulgal Maale.

Aastatel 2018–2020 läbis detektor Super-K, paak, mis sisaldab 50 000 tonni puhastatud vett kilomeetrise kivimi all Honshu kesksaarel Hida lähedal, lihtsa, kuid olulise uuenduse, mille eesmärk oli suurendada selle võimet eristada supernoova neutriinosid teistest osakestest.

Kui neutriino – täpsemalt selle antiosake, antineutriino – põrkab kokku vees oleva prootoniga, võib see prooton muutuda teiste osakeste paariks, neutroniks ja antielektroniks. Antielektron tekitab vees suurel kiirusel liikudes valgussähvatuse ja selle valguse püüavad kinni paagi seinu ümbritsevad andurid. Ainuüksi see valgussähvatus ei pruugi olla eristatav valgusest, mida tekitavad mitmetest muudest allikatest pärit neutriino või antineutriino.

Uuendamise käigus lisasid teadlased Super-K veele gadoliiniumipõhist soola. See võimaldab gadoliiniumi tuumas kinni haarata neutroni, mis tekib siis, kui antineutriino mõjutab vett, vabastades teise, iseloomuliku energia välgujada. Super-K füüsikud, kes otsivad supernoova neutriinosid, otsivad kiiret kahe välgu seeriat, millest üks pärineb antielektronist ja teine ​​kinnijäänud neutronilt.

Lahendage kosmilisi saladusi

Nakahata sõnul kulub mitu aastat, enne kui tõelised supernoova signaalid selgelt esile kerkivad, sest topeltvälgusignaalid võivad pärineda ka teistest neutriinoallikatest, sealhulgas atmosfääri tabanud kosmiliste kiirte põhjustatud signaale. Kuid selleks ajaks, kui Super-K peaks 2029. aastaks sulgema, oleks ta pidanud koguma piisavalt andmeid, et esitada kindel väide.

A veelgi suurem eksperiment nimega Hyper-Kamiokande, mis peaks valmima 2027. aasta paiku, võib Super-K tulemusi oluliselt parandada. Esialgu täidetakse Hyper-K puhta veega, kuid "kõik detektori komponendid on loodud ühilduma gadoliiniumiga", mida võidakse hiljem lisada, ütleb Francesca Di Lodovico, Londoni King's College'i füüsik ja projekti kaaskõneleja.

Näidates, et miljardeid aastaid tagasi tekkinud kaugetest supernoovadest pärit neutriinod on endiselt olemas, kinnitaks, et neutriinod on stabiilsed osakesed ega lagune millekski muuks, ütleb Nakahata. Seda on füüsikud juba pikka aega kahtlustanud, kuid pole veel suutnud tõestada.

Supernoova neutriinode energiate kogu spektri mõõtmine võib samuti paljastada, kui palju supernoovasid on kosmilise ajaloo erinevatel perioodidel esinenud, ütleb Harada. Lisaks võib see paljastada, kui paljude tähtede kokkuvarisemisel tekkis must auk, mis peataks neutriinode emissiooni, mitte aga neutronitähe mahajätmist.

Super-K andmed on avastamiseks veel liiga nõrgad, kuid hajutatud neutriinode tuvastamise võimalus on "äärmiselt põnev", ütleb Ignacio Taboada, Atlanta Georgia Tehnoloogiainstituudi füüsik ja lõunapoolusel asuva IceCube'i neutriinoobservatooriumi pressiesindaja. "Neutriinod annaksid sõltumatu mõõtmise universumi tähtede tekke ajaloo kohta."