În fiecare secundă, undeva în universul observabil, o stea masivă se prăbușește declanșează o explozie de supernovă. Potrivit fizicienilor, observatorul Super-Kamiokande din Japonia ar putea detecta acum un flux constant de neutrini din aceste dezastre. colecta, care ar putea însemna câteva descoperiri pe an.

Acest particule subatomice minuscule sunt cruciale pentru înțelegerea a ceea ce se întâmplă într-o supernovă: pe măsură ce ies din miezul stelei care se prăbușește și zboară prin spațiu, ele pot oferi informații despre fizica potențial nouă care ar putea apărea în condiții extreme.

Pe ultimul Neutrino 2024 Conferința din Milano, Italia, Masayuki Harada, fizician la Universitatea din Tokyo, a dezvăluit că primele dovezi ale neutrinilor din supernova par să provină din haosul de particule pe care detectorul Super Kamiokande le colectează în fiecare zi din alte surse, cum ar fi razele cosmice care lovesc atmosfera și fuziunea nucleară în Soare. Rezultatul sugerează că „am început să observăm un semnal”, spune Masayuki Nakahata, fizician la Universitatea din Tokyo și purtător de cuvânt al experimentului, denumit în mod obișnuit Super-K. Cu toate acestea, Nakahata avertizează că datele de susținere - culese pe parcursul a 956 de zile de observație - sunt încă foarte slabe.

Particule volatile

Neutrinii sunt extrem de evazivi. Majoritatea trec prin planetă ca lumina prin sticlă, iar Super-K captează doar o mică parte din cei care o traversează. Totuși, detectorul are șanse mari să detecteze neutrini din supernove, deoarece universul ar trebui să fie inundat cu ei. Prăbușirea unei stele eliberează cantități masive din aceste particule (estimate la aproximativ 10 ^ 58), pe care astrofizicienii le numesc fundalul difuz de neutrini supernova.

Cu toate acestea, până acum nimeni nu a putut dovedi acest fundal. Neutrinii au fost creați o singură dată trasată în mod clar până la o stea care se prăbușește – Nakahata a fost unul dintre cercetătorii care au descoperit particulele în 1987 folosind detectorul Kamioka II, un predecesor al Super-K. Descoperirea a fost posibilă deoarece supernova a avut loc în Marele Nor Magellanic, o galaxie pitică suficient de apropiată încât neutrinii stelei care explodează să ajungă pe Pământ în număr mare.

În 2018-2020, detectorul Super-K, un rezervor care conține 50.000 de tone de apă purificată sub un kilometru de stâncă lângă Hida, pe insula centrală Honshu, a suferit o modernizare simplă, dar importantă, menită să-și sporească capacitatea de a distinge neutrinii din supernova de alte particule.

Când un neutrin - mai precis, antiparticula sa, un antineutrin - se ciocnește cu un proton din apă, acel proton se poate transforma într-o pereche de alte particule, un neutron și un antielectron. Antielectronul produce un fulger de lumină în timp ce se deplasează cu viteză mare în apă, iar această lumină este captată de senzorii care înconjoară pereții rezervorului. Numai acest fulger de lumină ar putea fi imposibil de distins de lumina produsă de neutrini sau de antineutrini dintr-o varietate de alte surse.

În timpul actualizării, oamenii de știință au adăugat o sare pe bază de gadoliniu în apa Super-K. Acest lucru permite ca neutronul produs atunci când un antineutrin impactează apa să fie captat de nucleul de gadoliniu, eliberând o a doua secvență de energie flash caracteristică. Fizicienii super-K care caută neutrini de supernovă caută o serie rapidă de două fulgere, una de la antielectron și al doilea de la neutronul prins.

Rezolvați misterele cosmice

Nakahata spune că vor trece câțiva ani până când adevăratele semnale de supernovă vor apărea clar, deoarece semnalele duble flash pot proveni și din alte surse de neutrini, inclusiv cele cauzate de razele cosmice care lovesc atmosfera. Dar până în momentul în care Super-K este programat să se închidă până în 2029, adaugă el, ar fi trebuit să colecteze suficiente date pentru a face o afirmație solidă.

O experiment chiar mai mare numit Hyper-Kamiokande, care se așteaptă să fie finalizat în jurul anului 2027, ar putea îmbunătăți în mod masiv rezultatele Super-K. Inițial, Hyper-K va fi umplut cu apă pură, dar „toate componentele detectorului sunt proiectate să fie compatibile cu gadoliniu”, care ar putea fi adăugat ulterior, spune Francesca Di Lodovico, fizician la King's College din Londra și co-purtător de cuvânt al proiectului.

Arătarea că neutrinii din supernove îndepărtate care au apărut cu miliarde de ani în urmă sunt încă prezenți ar confirma că neutrinii sunt particule stabile și nu se descompun în altceva, spune Nakahata. Acesta este un lucru pe care fizicienii l-au bănuit de mult timp, dar nu au putut încă să demonstreze.

Măsurarea întregului spectru de energii neutrino ale supernovei ar putea dezvălui, de asemenea, câte supernove au apărut în diferite perioade ale istoriei cosmice, spune Harada. În plus, ar putea dezvălui câte stele care se prăbușesc au dus la o gaură neagră - care ar opri emisia de neutrini - spre deosebire de a lăsa în urmă o stea neutronică.

Datele Super-K sunt încă prea slabe pentru a pretinde detectarea, dar posibilitatea detectării neutrinilor difuzi este „extrem de interesantă”, spune Ignacio Taboada, fizician la Institutul de Tehnologie Georgia din Atlanta și purtător de cuvânt al Observatorului de neutrini IceCube de la Polul Sud. „Neutrinii ar oferi o măsurătoare independentă a istoriei formării stelelor în univers.”