"Čestica duhova" udarila u Zemlju nezamislivom energijom: Naučnici kažu da je stigla iz nepoznatog dela svemira i ovo ih brine

U februaru 2023. godine, detektor nazvan KM3NeT, koji se nalazi duboko ispod Sredozemnog mora, registrovao je signal koji je ukazivao na neutrino sa rekordno visokom energijom od 220 petaelektronvolti (PeV). Prethodni rekord iznosio je svega 10 PeV.

Sada detaljna analiza svih podataka o događaju, označenom kao KM3-230213A, ne samo da potvrđuje zaključak da je signal izazvan neutrinom od 220 PeV, već dodatno produbljuje misteriju o tome odakle u svemiru ta čestica zapravo potiče.

„Obrasci svetlosti detektovani kod KM3-230213A jasno odgovaraju onome što se očekuje od relativističke čestice koja prolazi kroz detektor, najverovatnije muona, čime se isključuje mogućnost greške“, saopštila je KM3NeT kolaboracija za ScienceAlert.

„Zahvaljujući rekonstruisanoj energiji i pravcu ovog muona, najverovatniji scenario je da je muon nastao interakcijom astrofizičkog neutrina u blizini detektora, što predstavlja najprirodnije objašnjenje.“

Neutrini – „čestice duhovi“

Neutrini su neverovatno česti u svemiru, spadaju među najzastupljenije čestice, nastale u energičnim okolnostima, poput fuzije u zvezdama ili eksplozija supernova. Ali oni nemaju električni naboj, njihova masa je gotovo nula i jedva stupaju u interakciju sa drugim česticama.

Stotine milijardi neutrina upravo sada prolazi kroz vaše telo, jednostavno se probijajući kao duhovi. Zato su i dobili nadimak „čestice duhovi“.

Ova „neuhvatljiva“ priroda stvara veliki problem: neutrini su gotovo nemogući za detekciju. S vremena na vreme, međutim, neutrino udari u neku drugu česticu, što stvori mali pljusak novih čestica poput muona i fotona, čestica svetlosti. To znači vrlo slabu svetlost koju pravi detektor može da registruje.

KM3NeT je upravo takav niz detektora. Potopljen je na dubini od 3.450 metara ispod površine okeana, gde ne dopire ni zrak sunca. U takvom potpunom mraku, neutrinski događaji sijaju poput sićušnih svetionika.

Tako je i otkriven KM3-230213A, ali budući da drugi detektori, koji rade mnogo duže, nikada nisu registrovali događaj sa toliko visokom energijom, ostajala je izvesna doza neizvesnosti.

„S obzirom na to da drugi eksperimenti, posebno IceCube i Auger, rade više od decenije i da su već tragali za neutrinima ultra-visoke energije, ali do sada nisu otkrili nijedan, istražili smo verovatnoću da je neutrino koji je detektovao KM3NeT zaista prvi takav neutrino“, objasnili su istraživači.

„Otkrili smo da je, iako je verovatnoća prilično mala – oko 1 prema 100 – ipak moguće da se jedini ovakav događaj do sada zabeleži u KM3NeT-u, a ne u IceCube-u i Pierre Auger-u; stoga se rezultati ne protive jedni drugima.“

Šira slika o neutrinima

Naučnici su ispitali i kako se KM3-230213A uklapa u širu sliku, koliko neutrina prolazi kroz svemir i kakva je raspodela njihovih energija. Dodavanje neutrina od 220 PeV dovelo je do konzistentnijih predviđanja o ponašanju ovih čestica.

Možda najzanimljivije, istraživanje je razmatralo i to da li KM3-230213A ukazuje na postojanje novog izvora ili procesa koji proizvodi neutrine ultra-visoke energije, za razliku od poznatih procesa koji su odgovorni za većinu neutrina detektovanih do sada.

„Ovo je značajno jer se očekuje da bi takva nova komponenta mogla nastati na ultra-visokim energijama, zahvaljujući ‘kosmogenskim neutrinima’, koji nastaju interakcijom kosmičkih zraka sa kosmičkim mikrotalasnim pozadinskim zračenjem, prvom vidljivom svetlošću svemira, emitovanom pre oko 13,8 milijardi godina“, navodi kolaboracija.

„Alternativno, nova komponenta mogla bi da potiče od nove populacije astrofizičkih objekata koji emituju neutrine ultra-visoke energije.“

Misterija porekla

Analiza, međutim, nije uspela da potvrdi da li takva nova komponenta zaista postoji ili ne. Moguća porekla neutrina i dalje uključuju izbacivanje iz ekstremnog okruženja galaktičkog centra, izbijanje gama-zraka koje emituju eksplodirajuće zvezde ili interakciju sa kosmičkim mikrotalasnim pozadinskim zračenjem.

Jedno je gotovo sigurno: veoma je, veoma malo verovatno da neutrino potiče iz našeg Mlečnog puta. Dakle, odakle god da je stigao, KM3-230213A je nastao u nekom ekstremnom i vrlo udaljenom okruženju. Naučnici trenutno rade na tome da preciznije odrede njegovu putanju, kako bi se približili tački porekla. Drugim rečima, priča o KM3-230213A daleko je od završene.

„KM3-230213A otvorio je novi prozor u astronomiju neutrina ultra-visoke energije“, saopštila je kolaboracija.

„Naša analiza predstavlja prvi pokušaj da se objedine posmatranja više teleskopa u širokom energetskom rasponu, kako bi se opisao spektar ultra-visokih energija. To je naša najbolja šansa da steknemo znanje o najekstremnijim objektima u svemiru.“