Úterý 22. června 2021, svátek má Pavla
  • schránka
  • Přihlásit Můj účet
  • Úterý 22. června 2021 Pavla

Čtyři miliardy let stará částice prozradila, co po nás střílí černé díry

Laboratoř v antarktickém ledu ve spolupráci s vesmírným teleskopem dokázaly poprvé v historii astronomie ukázat, odkud k nám přilétají nepolapitelné částice s energiemi, o jakých si dnešní urychlovače mohou nechat jen zdát.

Neutrinová observatoř IceCube je umístěna v hloubkách zhruba od 1,5 do 2,5 kilometrů pod povrchem ledovce u jižního pólu. Jedinou viditelnou částí je budova známá jako IceCube Lab, do které se sbíhají údaje z pěti tisícovek světelných detektorů v ledu. Na fotomontáži je zachycena detekce události 170922A, tedy neutrina vystopovaného ke vzdálenému blazaru. | foto:  IceCube Collaboration/NSF

Od roku 2010 hledají astronomové pod antarktickým ledem světlo. V modravém ledu poblíž jižního pólu je v pravidelných intervalech rozmístěno zhruba pět tisíc detektorů observatoře IceCube (tj. LedováKostka). Mají zachycovat světlo, které vzniká při vzácných srážkách částic přilétajících z vesmíru s jádry atomů v ledu.

Nepolapitelná

Neutrina pronikají hmotou v podstatě jako nůž máslem a bez problémů prolétají nejen naším tělem (miliardy za vteřinu), ale třeba i Zemí. Nepůsobí na ně téměř žádné fyzikální síly. Nemají elektrický náboj, a tak ignorují elektromagnetické síly. Mají téměř zanedbatelnou hmotnost a i vliv v relativně slabé zemské gravitace na ně je nepozorovatelný.

Výjimkou je tzv. slabá interakce, ale ta přijde ke slovu jen když přímo "trefí" nějakou jinou částici. A to se stává jen velmi zřídka - naštěstí neutrin je k dispozici kolem nás víc než dost. 

Protože detektory jsou až 2,5 kilometru pod ledem, repertoár částic, které se mohou dostat tak hluboko pod povrch, je velmi omezený. Je to samozřejmě záměr, IceCube „loví“ jen ty částice, které do takových hloubek mohou proniknout: neutrina.

Neutrina jsou částice, které se pohybují všude kolem nás, ale s běžnou hmotou se většinou míjí. Neustále prochází našimi těly či celou Zemí, aniž bychom si jich mohli všimnout. Slunce jich vytváří při jaderných reakcích tolik, že našimi těly jich každou sekundu prochází miliardy. Další k nám samozřejmě přilétají ze zbytku vesmíru.

Na světě je několik experimentů, které dokážou stopy těchto nepolapitelných částic zachytit. Kromě IceCube je to italská OPERA, na které došlo k zachycení i „nadsvětelných“ neutrin. Neutrinové detektory bývají obvykle pod povrchem, kam jiné typy částic neproletí – srazí se atmosférou nebo horninou. 

U neutrin je problém opačný, protože prakticky všechna se proženou observatoří, aniž by její existenci vzala na vědomí. Zcela výjimečně se ovšem ve vymezeném prostoru srazí s jádrem nějakého atomu, přičemž se uvolní sprška dalších částic. A jejich projevy už pozorovat lze.

Vrt do antarktického ledu pro laboratoř IceCube

Vrt do antarktického ledu pro laboratoř IceCube

IceCube se specializuje na hledání těch nejexotičtějších neutrin, která mají opravdu vysoké energie, několikanásobně vyšší než částice z nejsilnějších urychlovačů. To jsou dosti záhadní „exoti“, protože mimo jiné nevíme, jak vlastně vznikají, kolik jich přilétá či z jakého směru.

Už v roce 2013 tým pracující na antarktickém detektoru publikoval výsledky, podle kterých minimálně část z řádově nízkých desítek za rok zachycených neutrin s velmi vysokou energií pochází ze zdrojů mimo naši galaxii. Ale kterých přesně? IceCube se už roky dělí s dalšími týmy o detaily z detekce jednotlivých „události“ (tj. zachycených neutrin) v naději, že se nějakému teleskopu podaří najít v koutě oblohy nějaký objekt, který by mohl být jeho zdrojem. Snaha byla neúspěšná až do září loňského roku.

Vy a TeVy

Proč GeVy a TeVy?

Teraelektronvolt (TeV), či správně základní elektronvolt (eV), není jednotka hmotnosti, ale jednotka energie. Je roven energii, kterou získá elektron urychlený ve vakuu napětím jednoho voltu. A protože mezi energií a hmotností existuje pevný vztah (slavné E=mc2), lze jednotku energie použít i k vyjádření hmotnosti. Správně by se mělo v takovém případě psát eV/c² (tedy lomeno druhou mocninou rychlosti světla), podle nepsané fyzikální konvence se ovšem tato část vynechává.

Jednotka se používá pro vyjádření hmotnosti jednotlivých částic i proto, že výsledná čísla jsou mnohem lidštější, než kdyby se pracovalo se zlomky kilogramu. Porovnejme si to na příkladu elektronu: ten má hmotnost buď 511 kiloelektronvoltů nebo 9,11x10-31kilogramu. A jeden proton váží 0,931 gigaelektronvoltu (při rychlém počítání z hlavy to jde zaokrouhlit na jedna). S čím by se vám pracovalo lépe?

Přesně 24. září 2017 se podařilo zachytit neutrino, které dostalo katalogové číslo IceCube-170922A. Nebylo to zdaleka nejsilnější neutrino zachycené na detektoru, na lidské poměry mělo stejně těžko představitelnou energii kolem 230 teraelektronvoltů (TeV), plus minus pár desítek „TeVů“. To je zhruba 30 až 40krát více, než mají svazky částic v urychlovači LHC.

Šest dní po upozornění od detektoru IceCube oznámil tým využívající Fermiho vesmírného gama teleskopu, že ve směru příletu (s nepřesností cca 0,1 °) neutrina objevil objekt, který by měl být zdrojem zachycené částice. Podle výsledků, které vyšly v časopise Science, šlo o tzv. blazar, což je masivní černá díra, ze kterého ve směru jeho pólů doslova tryská proud nejrůznějších částic a záření s vysokou energií, evidentně včetně neutrin. Takové objekty leží v jádru velké části galaxií, jako blazary se označují jen ty z nich, které shodou okolností míří své výtrysky směrem k Zemi a jsou pro nás tedy viditelné.  

Pro fyziky a astronomy, kteří na projektu pracují, je to ohromný úspěch. Událost by mohla stát na počátku nového oboru neutrinové astronomie. Díky ní bychom mohli získat pohled do nitra objektů, které dnes jsou pro nás prakticky „neprůhledné“, jako jsou například černé díry. A nebo objektů velmi vzdálených, ze kterých k nám jiné částice nedoputují. 

Musím přidat nutné varování, že objev se může nakonec rozplynout jako neutrino nad... vlastně čímkoliv. Zatím jde o ojedinělou událost, která není potvrzena s takovou spolehlivostí, jakou by si minimálně někteří vědci představovali. Autoři odhadují, že s pravděpodobností zhruba 1:740 mohlo zmíněné neutrino tedy mohlo prostě „letět kolem“. Je to malá pravděpodobnost, ale stále vyšší než například standard pro uznání objevu nové částice v částicové fyzice. 

Ovšem už nyní se zdá pravděpodobné, že 170922A není jediné neutrino, které k nám z onoho čtyři miliardy let vzdáleného blazaru dolétlo. Objevitelský tým se díval do záznamů z minulosti a v několika měsících na přelomu let 2014 a 2015 k nám ze stejné oblasti doputovalo výrazně více neutrin, než je obvyklé. Je možné, že TXS 0506+056 patrně prošel – a tedy nejspíše pravidelně prochází – obdobím zvýšené aktivity, které by znovu stálo za pozorování i jinými nástroji než detektorem IceCube.

Pohled do nitra detektoru Super-Kamiokande, který je určen mimo jiné i k...

Neutrinové detektory jsou jedny z nejzajímavějších a nejpůsobivějších vědeckých experimentů vůbec. Na tomto snímku vám nabízíme pohled do nitra detektoru Super-Kamiokande, který je určen mimo jiné i k detekci neutrin. Nádrž na snímku je naplněna superčistou vodou a její stěny pokryty desítkami tisíc světelných detektorů. Ty zachycují záblesky světla, které (poměrně vzácně) vznikají při srážce neutrina s elektrony ve vodě. Na snímku je nádrž během plnění.

Autoři IceCube  doufají, že nejde ani zdaleka o poslední objev. Zkušenosti z dosavadního provozu údajně naznačují, že antarktický led je až nečekaně průzračný. To znamená, že záření vznikající při brzdění z vesmíru přilétajících částic se ledem velmi dobře šíří a fotodetektory je dokážou zachytit na výrazně větší vzdálenost, než se původně předpokládalo. Jednotlivé prvky by tedy mohly být mnohem dále od sebe a stále fungovat stále velmi dobře.

Observatoř by se mohla při zachování plánovaného rozpočtu 280 milionů dolarů výrazně zvětšit, možná až na desetinásobek dnešního objemu. Výhledově by tedy IceCbube měla zachycovat více neutrin a s větší přesností než dnes. 

Autor:
  • Nejčtenější

Kdo vám dovolil fotit? A my, že jsme tady doma. Takhle odcházeli Sověti

Před třiceti lety odešli z bývalé ČSFR poslední sovětští vojáci. Jejich odchod zachytila ale jen hrstka dokumentaristů....

Střední skupina vojsk měla ve výzbroji i „atomové“ bombardéry MiG-27

V letech 1990 a 1991 se z tehdejší ČSFR vracely po dlouhodobém pobytu domů i letecké útvary Sovětské armády....

Nainstalovali jsme uniklé Windows 11. Podívejte se, jak novinka vypadá

Měli jsme je vidět až 24. června, jenže Microsoftu unikl instalační soubor na internet. Neveřejné sestavení 21996.1 si...

Nástupce Windows 10 unikl na internet. Bude mít označení 11

Jak se blíží speciální akce Microsoftu, na níž má odhalit budoucnost Windows, objevují se úniky, které ukazují, jak by...

{NADPIS reklamního článku dlouhý přes dva řádky}

{POPISEK reklamního článku, také dlouhý přes dva a možná dokonce až tři řádky, končící na tři tečky...}

Windows 10 asi skončí. Co přijde po nich, není jisté

Již za devět dní bychom se mohli dozvědět, zda se společnost Microsoft rozhodla porušit své pravidlo a pokročit v...

Feri odešel s kryptoměnou za 3 miliony. Za peníze z mandátu, tvrdí

Premium Bývalý poslanec Dominik Feri stihl od začátku letošního roku do konce květnu nakoupit kryptoměnu v hodnotě přes 3...

Sledujeme začátek rituální sebevraždy lidstva, říká Čech s IQ 206

Premium Je jedním z nejchytřejších Čechů, ale jako robot nepůsobí. Při osobním setkání je Karel Kostka, vzděláním učitel,...

Z dětství jsem si nesla zranění, rodinu chceme, říká Gregor Brzobohatá

Premium Vítězka Miss World, topmodelka, zakladatelka nadace a influencerka Taťána Gregor Brzobohatá přijala další výzvu: právě...

  • Další z rubriky

Vypouštění CO2 začíná být drahé. Vyplatí se napumpovat ho pod zem?

Ceny emisních povolenek v Evropské unii letos několikanásobně vzrostly a citelně se začaly promítat do cen elektřiny....

Albert Einstein předpověděl zvířecí šestý smysl, u člověka mu unikl

Vizionář Albert Einstein v korespondenci předpověděl „super schopnost“ u stěhovavých ptáků. Jeho ztracený dopis se ale...

STO OBJEVŮ: Zkáza, nebo brána? Černá díra zůstává neprozkoumaným divem

Seriál Žravé monstrum, které jednou nevyhnutelně zničí Zemi, nebo časoprostorová brána do jiných světů? V každém případě jde o...

Organismus přežil v ledu 24 tisíc let, odhady počítaly jen s deseti

Mikroskopický mnohobuněčný organismus přežil zmrzlý v sibiřské řece 24 tisíc let. Uvádí to nová studie zveřejněná v...

Akční letáky
Akční letáky

Prohlédněte si akční letáky všech obchodů hezky na jednom místě!

Primark v Praze otevřel: fronta až od koně, hasiči lidi ve vedru kropili

S ročním zpožděním způsobeným koronavirovými restrikcemi se na Václavském náměstí otevřela pobočka irského řetězce s...

Nabídka lokálních potravin za hranicemi vyrazí dech, v Česku rozhoduje cena

Je všední letní den v bavorském příhraničí na německé straně Šumavy. Česká rodina si právě nakoupila v supermarketové...

Nevěřím, že někdo dokáže být roky věrný, přiznává polyamorii Frühlingová

Iva Frühlingová (39) vydala novou píseň Moralisté, ve které se nepřímo přiznává k paralelním mileneckým vztahům....

Žena dala za dárce spermatu své úspory, teď vychovává postiženého syna

Nyní třiačtyřicetiletá Michele Elizaga z Arizony dlouhá léta čekala na pravého muže, se kterým by založila rodinu....

Dojemné parte Šafránkové. Nikde mě nehledejte, jsem všude, také tedy ve vás

Pozůstalí po herečce Libuši Šafránkové ve čtvrtek zveřejnili netradiční smuteční oznámení. Dominuje mu černobílá...