Vsako sekundo se nekje v opazljivem vesolju zruši ogromna zvezda sproži eksplozijo supernove. Po mnenju fizikov bi observatorij Super-Kamiokande na Japonskem zdaj lahko zaznal stalen tok nevtrinov iz teh nesreč zbirati, kar bi lahko pomenilo nekaj odkritij na leto.

to drobni subatomski delci so ključnega pomena za razumevanje dogajanja v supernovi: ko izstrelijo iz sesedajočega zvezdinega jedra in letijo skozi vesolje, lahko zagotovijo informacije o morebitni novi fiziki, ki se lahko pojavi v ekstremnih pogojih.

Na zadnji Nevtrino 2024 na konferenci v Milanu v Italiji je Masayuki Harada, fizik na Univerzi v Tokiu, razkril, da prvi dokazi o nevtrinih supernov izvirajo iz kaosa delcev, ki jih detektor Super Kamiokande vsak dan zbira iz drugih virov, kot so kozmični žarki, ki zadenejo atmosfero, in jedrska fuzija na Soncu. Rezultat nakazuje, da "smo začeli opazovati signal," pravi Masayuki Nakahata, fizik na Univerzi v Tokiu in tiskovni predstavnik eksperimenta, ki se običajno imenuje Super-K. Vendar Nakahata opozarja, da so podporni podatki - zbrani v 956 dneh opazovanja - še vedno zelo šibki.

Hlapni delci

Nevtrini so izjemno izmuzljivi. Večina gre skozi planet kot svetloba skozi steklo, Super-K pa zajame le majhen del tistih, ki ga prečkajo. Kljub temu ima detektor dobre možnosti za zaznavanje nevtrinov iz supernov, saj bi moralo biti vesolje preplavljeno z njimi. Kolaps zvezde sprosti ogromne količine teh delcev (ocenjeno na približno 10^58), ki jih astrofiziki imenujejo razpršeno nevtrinsko ozadje supernove.

Vendar doslej še nikomur ni uspelo dokazati tega ozadja. Nevtrini so bili ustvarjeni samo enkrat jasno sledi nazaj do zvezde v kolapsu – Nakahata je bil eden od raziskovalcev, ki so odkrili delce leta 1987 z uporabo detektorja Kamioka II, predhodnika Super-K. Odkritje je bilo mogoče, ker se je supernova pojavila v Velikem Magellanovem oblaku, pritlikavi galaksiji, ki je dovolj blizu, da so nevtrini eksplodirane zvezde dosegli Zemljo v velikem številu.

V letih 2018–2020 je bil detektor Super-K, rezervoar, ki vsebuje 50.000 ton prečiščene vode pod kilometrom skale v bližini Hide na osrednjem otoku Honšu, podvržen preprosti, a pomembni nadgradnji, katere cilj je povečati njegovo sposobnost razlikovanja nevtrinov supernove od drugih delcev.

Ko nevtrino – natančneje njegov antidelec, antinevtrino – trči v proton v vodi, se lahko ta proton spremeni v par drugih delcev, nevtron in antielektron. Antielektron proizvaja blisk svetlobe, medtem ko se premika z veliko hitrostjo v vodi, in to svetlobo ujamejo senzorji, ki obdajajo stene rezervoarja. Samo tega bliska svetlobe bi bilo mogoče nerazločiti od svetlobe, ki jo proizvajajo nevtrini ali antinevtrini iz različnih drugih virov.

Med nadgradnjo so znanstveniki vodi Super-K dodali sol na osnovi gadolinija. To omogoča, da nevtron, ki nastane, ko antinevtrino udari v vodo, zajame jedro gadolinija, pri čemer se sprosti drugo, značilno bliskovito zaporedje energije. Fiziki Super-K, ki iščejo nevtrine supernove, iščejo hitro serijo dveh bliskov, enega iz antielektrona in drugega iz ujetega nevtrona.

Rešite kozmične skrivnosti

Nakahata pravi, da bo minilo nekaj let, preden se bodo jasno pojavili resnični signali supernove, saj lahko signali dvojnega bliska prihajajo tudi iz drugih virov nevtrinov, vključno s tistimi, ki jih povzročajo kozmični žarki, ki zadenejo atmosfero. Toda do takrat, ko naj bi se Super-K zaprl do leta 2029, dodaja, bi moralo zbrati dovolj podatkov za trdno trditev.

A še večji eksperiment, imenovan Hyper-Kamiokande, ki naj bi bil dokončan okoli leta 2027, bi lahko močno izboljšal rezultate Super-K. Sprva bo Hyper-K napolnjen s čisto vodo, vendar so "vse komponente detektorja zasnovane tako, da so združljive z gadolinijem," kar bi lahko dodali pozneje, pravi Francesca Di Lodovico, fizičarka na King's College London in sopredstavnica projekta.

Če bi pokazali, da so nevtrini iz oddaljenih supernov, ki so se pojavile pred milijardami let, še vedno prisotni, bi potrdili, da so nevtrini stabilni delci in ne razpadejo v nekaj drugega, pravi Nakahata. To je nekaj, kar so fiziki sumili že dolgo, a tega še niso uspeli dokazati.

Merjenje celotnega spektra energij nevtrinov supernov bi lahko razkrilo tudi, koliko supernov se je zgodilo v različnih obdobjih kozmične zgodovine, pravi Harada. Poleg tega bi lahko razkrilo, koliko zvezd, ki so se sesedle, je povzročilo črno luknjo - ki bi ustavila emisijo nevtrinov - v nasprotju s tem, da bi za seboj pustila nevtronsko zvezdo.

Podatki Super-K so še vedno preslabi, da bi lahko trdili, da jih je mogoče zaznati, vendar je možnost zaznavanja difuznih nevtrinov "izjemno razburljiva," pravi Ignacio Taboada, fizik na tehnološkem inštitutu Georgia v Atlanti in tiskovni predstavnik observatorija za nevtrine IceCube na južnem polu. "Nevtrini bi zagotovili neodvisno merjenje zgodovine nastajanja zvezd v vesolju."