Čtvrtek 9. července 2020, svátek má Drahoslava
  • schránka
  • Přihlásit Můj účet
  • Čtvrtek 9. července 2020 Drahoslava

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

aktualizováno 
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:

Přechod na DVB-T2

Od 27. 11. probíhá postupný přechod na vysílací standard DVB-T2. Kvůli koronavirové pandemii vláda rozhodla o odložení zbývajících přechodů na vysílání DVB-T2. Diváci si tak musí pořídit televizi s podporou kódování H.265 (HEVC) nebo starší televizi doplnit vhodným set-top boxem.

  • Nejčtenější

Varování: probíhá útok na RDP protokol pro vzdálený přístup k počítači

O probíhajícím útoku na protokol RDP, který je používán některými programy pro vzdálený přístup k ploše, informovala...

Pořídí si Česko „neviditelné“ stíhačky? Problém je cena za hodinu letu

V roce 2027 končí pronájem stíhacích strojů Gripen. Jaká je možnost, že místo nich pořídíme „neviditelné“ stroje F-35?

Co nahradí gripeny? Ve hře jsou všichni kromě Číny a Ruska

Páteří české protivzdušné obrany jsou dnes letouny JAS 39 Gripen. Jejich pronájem končí v roce 2027, což vzhledem k...

Spojené státy mají covidový problém. I lepší nástroje na jeho zvládnutí

V USA se virus SARS-CoV-2 podle všeho rychle šíří ve státech, které se během jara nejhoršímu vyhnuly. Není jasné, zda v...

{NADPIS reklamního článku dlouhý přes dva řádky}

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

České letectvo došlo od migů ke gripenům. Co bude po nich?

České letectvo se musí začít chystat na dobu „po gripenech“. O tom, jak by mohla vypadat, naznačuje něco i dohoda o...

Největší slabiny ojetých dodávek. Přinášíme přehled nejporuchovějších vozů

Premium Dodávky byly stvořeny pro práci. Najedou mnohem více kilometrů než osobní auta, a to v náročných podmínkách. Ne všechna...

Schizofrenní žena, nechtěná emigrace. Zachránila ho Nemocnice na kraji města

Premium Kde je hranice skutečné lásky? Kdy končí vztah a začíná tyranie? Ladislav Chudík na tyto otázky dlouhé roky marně...

VELKÝ TEST ZOO: přehled cen, zvířat i atrakcí. Přijeďte, pomůžete!

Premium Mají otevřeno 365 dní v roce, ať praží slunce, nebo se žení čerti. Na několik týdnů je zavřel až koronavirus. Chcete...

  • Další z rubriky

STO OBJEVŮ: První krok na Měsíci udělal Armstrong za tónů Novosvětské

Seriál Jedno z největších technologických vzepětí lidstva bylo i úžasným dobrodružstvím a velikánským objevem. Hrdinou...

Počet úmrtí na covid-19 má pomoci snížit známý lék za pár desítek korun

Běžný přípravek může výrazně snižovat počet úmrtí u pacientů s velmi vážným průběhem nemoci covid-19. Tvrdí to autoři...

Studie měřila, jak se šíří koronavirus v posilovnách. Ovšem v Norsku

Během května udělal tým norských specialistů studii rizika přenosu viru SARS-CoV-2 u návštěvníků posiloven. Žádný...

INTERAKTIVNĚ: Jak si vedou státy USA v boji s koronavirem?

Průběh epidemie viru SARS-CoV-2 v USA nabral na začátku léta 2020 dosti nepříznivý průběh. Postiženy ovšem nejsou...

SNAŽÍTE SE O MIMINKO? Funkce vaječníků s věkem klesá, pomoci může asistovaná reprodukce
SNAŽÍTE SE O MIMINKO? Funkce vaječníků s věkem klesá, pomoci může asistovaná reprodukce

S prodlužujícím se věkem a poněkud hektickým způsobem života přibývá žen, které mateřství odkládají. Těhotenství po čtyřicítce dnes proto není výjimkou. Vaječníky ale obelstít nejde, na řadu pak přicházejí reprodukční kliniky, které mají řešení.

Najdete na iDNES.cz