Každú sekundu niekde v pozorovateľnom vesmíre skolabuje masívna hviezda spúšťa výbuch supernovy. Podľa fyzikov by observatórium Super-Kamiokande v Japonsku teraz dokázalo odhaliť stály prúd neutrín z týchto katastrof. zbierať, čo by mohlo predstavovať niekoľko objavov ročne.

Toto drobné subatomárne častice sú rozhodujúce pre pochopenie toho, čo sa deje v supernove: keď vystrelia z kolabujúceho jadra hviezdy a preletia vesmírom, môžu poskytnúť informácie o potenciálne novej fyzike, ktorá sa môže vyskytnúť v extrémnych podmienkach.

Na poslednom Neutrino 2024 na konferencii v Miláne v Taliansku, Masayuki Harada, fyzik z Tokijskej univerzity, odhalil, že prvé dôkazy o neutrínach supernov zrejme pochádzajú z chaosu častíc, ktoré detektor Super Kamiokande zbiera každý deň z iných zdrojov, ako je kozmické žiarenie dopadajúce na atmosféru a jadrová fúzia na Slnku. Výsledok naznačuje, že „začali sme pozorovať signál,“ hovorí Masayuki Nakahata, fyzik na Tokijskej univerzite a hovorca experimentu, bežne označovaného ako Super-K. Nakahata však varuje, že podporné údaje – zhromaždené počas 956 dní pozorovania – sú stále veľmi slabé.

Prchavé častice

Neutrína sú extrémne nepolapiteľné. Väčšina prejde planétou ako svetlo cez sklo a Super-K zachytí len nepatrný zlomok tých, ktoré ju prekročia. Napriek tomu má detektor dobrú šancu odhaliť neutrína zo supernov, keďže vesmír by nimi mal byť zaplavený. Kolaps hviezdy uvoľňuje obrovské množstvá týchto častíc (odhaduje sa asi 10^58), ktoré astrofyzici nazývajú difúzne pozadie supernov neutrín.

Toto pozadie však doteraz nikto nedokázal. Neutrína boli vytvorené iba raz jasne vysledovaný späť k padajúcej hviezde – Nakahata bol jedným z výskumníkov, ktorí objavili častice v roku 1987 pomocou detektora Kamioka II, predchodcu Super-K. Objav bol možný, pretože supernova sa vyskytla vo Veľkom Magellanovom oblaku, trpasličej galaxii dostatočne blízko na to, aby neutrína explodujúcej hviezdy dosiahli Zem vo veľkom počte.

V rokoch 2018-2020 prešiel detektor Super-K, nádrž obsahujúca 50 000 ton vyčistenej vody pod kilometrom skaly neďaleko Hida na centrálnom ostrove Honšú, jednoduchým, ale dôležitým vylepšením zameraným na zvýšenie jeho schopnosti rozlíšiť neutrína supernov od iných častíc.

Keď sa neutríno - presnejšie jeho antičastica, antineutríno - zrazí s protónom vo vode, tento protón sa môže premeniť na pár iných častíc, neutrón a antielektrón. Antielektrón vytvára záblesk svetla pri pohybe vysokou rýchlosťou vo vode a toto svetlo zachytávajú senzory obklopujúce steny nádrže. Samotný tento záblesk svetla by mohol byť na nerozoznanie od svetla produkovaného neutrínami alebo antineutrínami z rôznych iných zdrojov.

Počas modernizácie vedci pridali do vody Super-K soľ na báze gadolínia. To umožňuje, aby neutrón produkovaný pri dopade antineutrína na vodu bol zachytený jadrom gadolínia, čím sa uvoľní druhá charakteristická záblesková sekvencia energie. Fyzici Super-K, ktorí hľadajú neutrína supernov, hľadajú rýchlu sériu dvoch zábleskov, jeden z antielektrónu a druhý zo zachyteného neutrónu.

Vyriešte vesmírne záhady

Nakahata hovorí, že potrvá niekoľko rokov, kým sa jasne objavia skutočné signály supernov, pretože signály dvojitého záblesku môžu pochádzať aj z iných zdrojov neutrín, vrátane tých, ktoré sú spôsobené kozmickým žiarením dopadajúcim na atmosféru. Ale v čase, keď je naplánované ukončenie Super-K do roku 2029, dodáva, mal by zhromaždiť dostatok údajov, aby bolo možné urobiť solídne tvrdenie.

A ešte väčší experiment s názvom Hyper-Kamiokande, ktorého ukončenie sa očakáva okolo roku 2027, by mohlo výrazne zlepšiť výsledky Super-K. Spočiatku bude Hyper-K naplnený čistou vodou, ale „všetky komponenty detektora sú navrhnuté tak, aby boli kompatibilné s gadolíniom“, ktoré by sa mohlo pridať neskôr, hovorí Francesca Di Lodovico, fyzik z King's College London a spoluhovorca projektu.

Ukázanie, že neutrína zo vzdialených supernov, ktoré sa vyskytli pred miliardami rokov, sú stále prítomné, by potvrdilo, že neutrína sú stabilné častice a nerozpadajú sa na niečo iné, hovorí Nakahata. To je niečo, čo fyzici tušili už dlho, ale zatiaľ to nedokázali.

Meranie celého spektra neutrínových energií supernov by tiež mohlo odhaliť, koľko supernov sa vyskytlo v rôznych obdobiach kozmickej histórie, hovorí Harada. Okrem toho by mohla odhaliť, koľko kolabujúcich hviezd viedlo k čiernej diere - ktorá by zastavila emisiu neutrín - na rozdiel od toho, že by za sebou zostala neutrónová hviezda.

Údaje Super-K sú stále príliš slabé na to, aby sa dali zistiť, ale možnosť detekcie difúznych neutrín je „mimoriadne vzrušujúca,“ hovorí Ignacio Taboada, fyzik z Georgia Institute of Technology v Atlante a hovorca IceCube Neutrino Observatory na južnom póle. "Neutrína by poskytli nezávislé meranie histórie vzniku hviezd vo vesmíre."