Kas sekundę kur nors stebimoje visatoje griūva didžiulė žvaigždė sukelia supernovos sprogimą. Anot fizikų, Japonijos „Super-Kamiokande“ observatorija dabar gali aptikti nuolatinį šių nelaimių neutrinų srautą. rinkti, o tai gali sudaryti keletą atradimų per metus.

Tai mažytės subatominės dalelės yra labai svarbūs norint suprasti, kas vyksta supernovoje: kai jie iškyla iš griūvančios žvaigždės šerdies ir skrenda per erdvę, jie gali suteikti informacijos apie potencialiai naują fiziką, kuri gali atsirasti ekstremaliomis sąlygomis.

Ant paskutinio Neutrinas 2024 Milane (Italija) vykusioje konferencijoje Tokijo universiteto fizikas Masayuki Harada atskleidė, kad pirmieji supernovų neutrinų įrodymai, atrodo, kyla iš dalelių chaoso, kurį Super Kamiokande detektorius kasdien renka iš kitų šaltinių, pavyzdžiui, į atmosferą patenkančių kosminių spindulių ir Saulės branduolių sintezės. Rezultatas rodo, kad „mes pradėjome stebėti signalą“, – sako Masayuki Nakahata, Tokijo universiteto fizikas ir eksperimento, paprastai vadinamo Super-K, atstovas. Tačiau Nakahata perspėja, kad patvirtinamieji duomenys, surinkti per 956 stebėjimo dienas, vis dar yra labai silpni.

Lakiosios dalelės

Neutrinų yra labai sunku. Dauguma prasiskverbia pro planetą kaip šviesa per stiklą, o „Super-K“ užfiksuoja tik nedidelę dalį tų, kurie ją kerta. Vis dėlto detektorius turi gerą galimybę aptikti neutrinus iš supernovų, nes visata turėtų būti jais užtvindyta. Žvaigždės griūtis išskiria didžiulius kiekius šių dalelių (apytikriai 10^58), kurias astrofizikai vadina difuziniu supernovos neutrino fonu.

Tačiau iki šiol šio pagrindo niekam nepavyko įrodyti. Neutrinai buvo sukurti tik vieną kartą aiškiai atsektas iki griūvančios žvaigždės – Nakahata buvo vienas iš tyrėjų, atradusių daleles 1987 m., naudodamas Kamioka II detektorių, Super-K pirmtaką. Atradimas buvo įmanomas, nes supernova atsirado Didžiajame Magelano debesyje – nykštukinėje galaktikoje, esančioje pakankamai arti, kad sprogusios žvaigždės neutrinai pasiektų Žemę dideliais kiekiais.

2018–2020 m. Super-K detektorius, talpykla, kurioje yra 50 000 tonų išgryninto vandens po kilometru uolienos netoli Hidos centrinėje Honšiu saloje, buvo atnaujintas paprastas, bet svarbus, siekiant padidinti jo gebėjimą atskirti supernovos neutrinus nuo kitų dalelių.

Kai neutrinas – tiksliau, jo antidalelė, antineutrinas – susiduria su protonu vandenyje, tas protonas gali virsti kitų dalelių pora – neutronu ir antielektronu. Antielektronas, judėdamas dideliu greičiu vandenyje, sukuria šviesos blyksnį, o šią šviesą fiksuoja bako sieneles supantys jutikliai. Vien tik šis šviesos blyksnis gali būti neatskiriamas nuo šviesos, kurią sukuria neutrinai arba antineutrinai iš įvairių kitų šaltinių.

Atnaujinimo metu mokslininkai į Super-K vandenį įpylė gadolinio druskos. Tai leidžia neutroną, susidarantį, kai antineutrinas paveikia vandenį, užfiksuoti gadolinio branduolyje, išskirdamas antrą, būdingą energijos blyksnio seką. Super-K fizikai, ieškantys supernovų neutrinų, ieško greitos dviejų blyksnių serijos, vieno iš antielektrono, o antrą iš įstrigusio neutrono.

Išspręskite kosmines paslaptis

Nakahata teigia, kad praeis keleri metai, kol tikri supernovos signalai aiškiai pasirodys, nes dvigubi blykstės signalai gali kilti ir iš kitų neutrinų šaltinių, įskaitant tuos, kuriuos sukelia į atmosferą patekę kosminiai spinduliai. Tačiau jis priduria, kad iki 2029 m. „Super-K“ uždarymo turėtų būti surinkta pakankamai duomenų, kad būtų galima pateikti tvirtą teiginį.

A dar didesnis eksperimentas, vadinamas Hyper-Kamiokande, kuris turėtų būti baigtas apie 2027 m., gali labai pagerinti Super-K rezultatus. Iš pradžių „Hyper-K“ bus pripildytas gryno vandens, tačiau „visi detektoriaus komponentai yra sukurti taip, kad būtų suderinami su gadoliniu“, – sako Francesca Di Lodovico, Londono Karaliaus koledžo fizikė ir projekto atstovė.

Nakahata sako, kad parodymas, kad neutrinai iš tolimų supernovų, atsiradusių prieš milijardus metų, vis dar yra, patvirtintų, kad neutrinai yra stabilios dalelės ir nesuyra į kažką kitą. Tai fizikai, kuriuos ilgą laiką įtarė, bet kol kas nepavyko įrodyti.

Viso supernovos neutrinų energijos spektro matavimas taip pat gali atskleisti, kiek supernovų įvyko skirtingais kosminės istorijos laikotarpiais, sako Harada. Be to, jis gali atskleisti, kiek žlungančių žvaigždžių susidarė juodoji skylė, kuri sustabdytų neutrinų emisiją, o ne neutroninę žvaigždę.

„Super-K“ duomenys vis dar per silpni, kad būtų galima teigti, kad jie buvo aptikti, tačiau galimybė aptikti difuzinius neutrinus yra „labai įdomi“, sako Ignacio Taboada, Džordžijos technologijos instituto Atlantoje fizikas ir Pietų ašigalio IceCube neutrinų observatorijos atstovas. „Neutrinai būtų nepriklausomi žvaigždžių formavimosi Visatoje istorijos matavimai.