Επιστήμονες κατέγραψαν την πρώτη εικόνα από σωματίδια-φαντάσματα του γαλαξία μας

Την πρώτη ισχυρή απόδειξη για την εκπομπή νετρίνων στον γαλαξία μας, τα οποία αποκαλούνται ως σωματίδια-φαντάσματα, καθώς υπάρχουν σε μεγάλες ποσότητες, αλλά δεν ανιχνεύονται, παρουσίασαν επιστήμονες. Η βασισμένη στα νετρίνα εικόνα του γαλαξία μας είναι η πρώτη του είδους της και παρουσιάζεται σε δημοσίευση στο περιοδικό Science.

Η ανακάλυψη επιτεύχθηκε μέσω συνεργασίας περισσοτέρων των 350 ερευνητών, οι οποίοι χρησιμοποίησαν το Παρατηρητήριο Νετρίνων IceCube που βρίσκεται στην Ανταρκτική και υποστηρίζεται από το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών των ΗΠΑ. Το Παρατηρητήριο ανιχνεύει τα σημάδια των νετρίνων υψηλής ενέργειας στο διάστημα χρησιμοποιώντας χιλιάδες διασυνδεδεμένους αισθητήρες, θαμμένους βαθιά μέσα σε ένα κυβικό χιλιόμετρο πάγου.

Πρόκληση αποτέλεσε για τους ερευνητές όχι μόνο η ανίχνευση των διαβόητα φευγαλέων νετρίνων και της διάκρισής τους από άλλα είδη διαστρικών σωματιδίων, αλλά και ο φιλόδοξος στόχος του προσδιορισμού της προέλευσής τους. Όταν τα νετρίνα τυχαίνει να αλληλεπιδρούν με τον πάγο κάτω από το Παρατηρητήριο IceCube, αυτές οι σπάνιες συναντήσεις παράγουν αμυδρά μοτίβα φωτός, τα οποία το Παρατηρητήριο μπορεί να ανιχνεύσει. Ορισμένα μοτίβα φωτός δείχνουν σαφώς προς μία συγκεκριμένη περιοχή του ουρανού, επιτρέποντας στους ερευνητές να προσδιορίσουν την πηγή των νετρίνων. Τέτοιες αλληλεπιδράσεις αποτέλεσαν τη βάση για την ανακάλυψη, το 2022, νετρίνων που προέρχονταν από έναν άλλο γαλαξία, 47 εκατομμύρια έτη φωτός μακριά.

Άλλες αλληλεπιδράσεις παράγουν καταιγιστικές «μπάλες φωτός» στον διαυγή πάγο και οι ερευνητές ανέπτυξαν έναν αλγόριθμο μηχανικής μάθησης, με τη βοήθεια του οποίου συνέκριναν τη σχετική θέση, το μέγεθος και την ενέργεια περισσότερων από 60.000 τέτοιων καταιγισμών φωτός που δημιουργούνται από νετρίνα και καταγράφηκαν από το IceCube σε διάστημα δέκα ετών.

Οι ερευνητές πέρασαν πάνω από δύο χρόνια δοκιμάζοντας και επαληθεύοντας τον αλγόριθμό τους, χρησιμοποιώντας τεχνητά δεδομένα που προσομοιώνουν ανιχνεύσεις νετρίνων. Όταν, τελικά, τροφοδότησαν τον αλγόριθμο με τα πραγματικά δεδομένα που παρείχε ο IceCube, προέκυψε μία εικόνα που έδειχνε φωτεινά σημεία, τα οποία αντιστοιχούσαν σε σημεία του γαλαξία μας, που πιθανολογείται ότι εξέπεμπαν νετρίνα. Αυτές οι θέσεις βρίσκονταν σε σημεία, όπου οι παρατηρούμενες ακτίνες γ θεωρούνταν ότι ήταν υποπροϊόντα των συγκρούσεων μεταξύ κοσμικών ακτινών και διαστρικού αερίου και θεωρητικά θα έπρεπε, επίσης, να παράγουν νετρίνα.

«Όπως συμβαίνει τόσο συχνά, οι σημαντικές ανακαλύψεις στην επιστήμη επιτρέπονται από την πρόοδο της τεχνολογίας», αναφέρει η διευθύντρια του Τμήματος Φυσικής του Εθνικού Ιδρύματος Επιστημών των ΗΠΑ, Ντενίς Κάλντγουελ. «Οι δυνατότητες που παρέχει ο εξαιρετικά ευαίσθητος ανιχνευτής IceCube σε συνδυασμό με τα νέα εργαλεία ανάλυσης δεδομένων, μας έδωσαν μία εντελώς νέα άποψη του γαλαξία μας, μία άποψη που είχε μόνο υπαινιχθεί στο παρελθόν. Καθώς αυτές οι δυνατότητες συνεχίζουν να βελτιώνονται, μπορούμε να προσβλέπουμε στο να παρακολουθούμε αυτήν την εικόνα να αναδύεται με όλο και μεγαλύτερη ανάλυση, αποκαλύπτοντας ενδεχομένως κρυμμένα χαρακτηριστικά του γαλαξία μας που δεν είχε δει ποτέ πριν η ανθρωπότητα», προσθέτει η ίδια.

Κεντρική φωτογραφία: Δύο εικόνες του γαλαξία μας, η επάνω με ορατό φως και η κάτω η πρώτη που αποτυπώνεται με νετρίνα.
Credit: IceCube Collaboration/U.S. National Science Foundation (Lily Le & Shawn Johnson)/ESO (S.Brunier)