Neutrino Telescopes lansera ny tid av astronomi

Den senaste upptäckten av neutrinopartiklar som bombar jorden från yttre rymden har inlett en ny era i neutrino-astronomi, säger forskare.

Neutrinos produceras när kosmiska strålar interagerar med omgivningen, vilket ger partiklar utan elektrisk laddning och försumbar massa. Forskare har undrat sig om källan till kosmiska strålar sedan de upptäcktes, och att hitta kosmiska neutrinos kan ge ledtrådar om de mystiska strålarnas ursprung.

I november tillkännagav ett team av forskare upptäckten av kosmiska neutrinor från det gigantiska IceCube Neutrino Observatory i Antarktis. [Neutrinos från bortom solsystemet hittades (bilder)]

"Vi har nu möjlighet att bestämma vad källorna är, om vi verkligen ser källor till kosmiska strålar", säger Francis Halzen, huvudforskare av IceCube observatoriet och en teoretisk fysiker vid University of Wisconsin-Madison. "Den stora skillnaden varför det är ny astronomi är att vi inte använder ljus, vi använder neutrinor för att titta på himlen."

Kosmiska besökare

Neutrinos är partikelvärldens sociala missfit - de sällan interagerar med materien. Producerad i några av de mest våldsamma, men okända händelserna i universum, reser de till jorden i närheten av ljusets hastighet och i raka linjer, vilket avslöjar information om deras ursprung. Supernovaer, aktiva galaktiska kärnor och svarta hål är några av de möjliga källorna till dessa spöklika partiklar.

Fram till nyligen hade forskare bara upptäckt neutrinoer bortom jorden från solen eller från en supernova i Stora Magellanic Cloud 1987. Inga neutrinor från avlägsna kosmiska källor hade sett.

Men i april 2012 spelade IceCube två neutrinoer med extremt höga energier - nästan en miljard gånger de som hittades 1987 - som bara kunde komma från en hög energikälla utanför solsystemet. Efter att ha tittat djupare på data, hittade forskare totalt 28 högenergiska neutrinoer med energi större än 30 teraelektronvolt (TeV), som rapporterade sitt resultat i tidskriften Science.

Fyndet öppnar dörren till en ny typ av astronomi som skulle "bilda" himlen i ljuset av neutrinos, snarare än foton. "Varje gång vi hittar ett annat sätt att göra en bild av himlen - med gammastrålar, röntgenstrålar, radiovågor - har du alltid kunnat se saker som du aldrig såg förut," sa Halzen till ProfoundSpace.org.

Den framgångsrika slutförandet av IceCube och utsikterna till andra teleskop i horisonten har satt Neutrino World Abuzz.

"Det är dags när det blir verkligt", säger Uli Katz, astrofysiker vid universitetet i Erlangen-Nürnberg i Tyskland, som hjälper spjutspetsen KM3NeT, ett planerat neutrino-teleskop i Medelhavet.

Neutrino teleskop

Idén om neutrino detektorer går tillbaka till 1950-talet, när Clyde Cowan och Frederick Reines först upptäckte neutrinos från en kärnreaktor. Senare upptäckte forskare sol neutrinor och atmosfäriska neutrinor.

Eftersom neutrinos interagerar så svagt med andra partiklar, måste du ha en mycket stor mängd materia för att upptäcka dem. När neutrinos slår in i protoner eller neutroner i en atom producerar de sekundära partiklar som avger ett blått ljus som kallas Cherenkov-strålning. Du behöver en stor, genomskinlig detektor avskärmad från dagsljus för att se dem, så forskare bygger dem djupt under vattnet eller inbäddade i is.

Projektet Deep Underwater Muon and Neutrino Detector (DUMAND) var ett föreslaget neutrino-teleskop under vattnet i Stilla havet nära ön Hawaii. Observatoriet skulle ha sträckt sig nästan 0,25 kubik miles (1 kubik km) av havet mer än 3 miles (5 km) under ytan. Startade 1976 men avbröts 1995, DUMAND banade väg för efterföljande projekt.

Forskare byggde Antarktis Muon och Neutrino Detector Array (AMANDA) i isen under Sydpolen, som till slut blev en del av IceCube observatoriet. IceCube, som slutfördes 2010, består av ett kubikmiljögaller av sensorer inbäddade under 4 900 meter (1 500 m) is.

I Europa håller forskare på att utveckla planer för KM3NeT, som kommer att sträcka sig över 1,2 kubik mil i Medelhavet. Och forskare på Baikal Neutrino teleskopet i Rysslands sjö Baikal, världens största sötvattensjö, planerar att bygga Gigaton volymdetektorn (GVD), vilket skulle vara en kubik km.

De senaste neutrino teleskoperna möjliggör mer än bara nya astrofysik. Forskare börjar använda dem för att leta efter mörk materia, det okända ämnet som utgör ungefär 85 procent av den totala materien i universum. Dessutom kan det vara möjligt att upptäcka högenergiska neutrinor möjliggöra ny partikelfysik att även de bästa partikelacceleratorerna inte kan uppnå.

"Jag förväntar mig mycket ansträngning kommer att investeras för att öka detta fält i sina möjligheter," sade Katz.