Luk Barns, Miroslav Filipović

Smešten tri i po kilometra ispod Sredozemnog mora, KM3NeT je neobičan teleskop. Danas su naučnici koji su ga izgradili objavili otkriće čestice iz svemira sa zapanjujućom količinom energije. Ovo otkriće je ogroman korak napred u istraživanju neistraženih voda ekstremnog univerzuma.

Da bismo objasnili zašto je ovo otkriće tako izvanredno, moramo razumeti šta je KM3NeT i šta je video.

Šta je KM3NeT?

KM3NeT je džinovski, dubokomorski teleskop. Izgrađena je međunarodnom saradnjom sa preko 300 naučnika i inženjera, iz 21 zemlje. KM3NeT se sastoji od 230 detektora svetlosti, raspoređenih u mrežu od jednog kilometra sa svake strane. Podmorski kabl dug više desetina kilometara povezuje detektore sa kopnom.

Duboko dole, KM3NeT je zaštićen od običnih izvora svetlosti, poput Sunca. Takođe je zaštićen od drugih vrsta čestica poput elektrona i protona, koje voda apsorbuje mnogo pre nego što stignu do detektora. Pa, šta vidi?

Šta traži KM3NeT?

Traži izvor svetlosti koji počinje daleko u svemiru. Od čestica koje smo otkrili u svemiru, samo neuhvatljivi neutrino može doći do KM3NeT. Neutrino je elementarna čestica bez električnog naboja i veoma male mase u poređenju sa elektronom. Ona toliko slabo reaguje sa materijom da može proći kroz kilometre okeana - pa čak i hiljade kilometara Zemlje - da bi stigla do detektora. Zato je tamo dole: videti neutrine, i to samo neutrine.

Ali neće li i neutrini proći kroz detektor? Da, za skoro sve njih. Ali vrlo retko, neutrino će udariti u molekul vode. Kada to uradi, može da ima ogroman udarac. Energija neutrina može stvoriti mnogo više čestica, a dok one eksplodiraju kroz vodu, stvaraju plavkasti sjaj. To je ono što KM3NeT detektori mogu da vide.

Analizom ove plavičaste svetlosti kroz različite KM3NeT detektore i tempiranjem svakog bljeska, naučnici mogu da rekonstruišu prvobitnu energiju neutrina i pravac iz kojeg je došao.

Najenergetniji neutrino ikada otkriven

KM3NeT je 13. februara 2023. otkrio neutrino koji je bio 30 puta energičniji od bilo kojeg ranije otkrivenog. Energija je 220 peta-elektronvolti, ali to ne znači mnogo fizičaru bez čestica. Teško je zamisliti, ali hajde da pokušamo. Ta čestica ima sto triliona puta više energije od tipične čestice u centru Sunca. To je trilion puta više energije od medicinskih rendgenskih zraka i deset milijardi puta više od najopasnije radioaktivnosti. To je deset hiljada puta više energije od bilo kog sudara u akceleratoru čestica na Zemlji.

Kratka priča: mnogo je energije za jednu česticu.

Pravljenje Neutrina

Neutrini veoma slabo stupaju u interakciju sa materijom, pa kako je jednom neutrinu dato toliko energije? Koja vrsta kosmičkog događaja bi mogla da stvori takvu česticu?

To je uzbudljiv deo: ne znamo. 

Znamo da postoje kolosalne eksplozije u svemiru, kao što je supernova, kada zvezda iscrpi svoje gorivo i umre. A tu su i eksplozije gama zraka, koje su još energičnije eksplozije supermasivnih zvezda, ili sudari neutronskih zvezda. Oni stvaraju izuzetno energične neutrine. 

Ali ima i drugih kandidata. Vidimo supermasivne crne rupe u centru galaksija, sa masom od milion do milijardi sunca. Kako materiju gutaju ove crne rupe, ona se ubrzava do ekstremnih brzina i postaje omotana oko intenzivnih magnetnih polja. Čestice koje se ne progutaju mogu se izbaciti ekstremnim brzinama. Ova aktivna galaktička jezgra (AGN) su još jedan način na koji bi univerzum mogao da stvori ekstremne neutrine.

Treće, neutrini bi se mogli stvoriti više lokalno (kosmički gledano!). Eksplozije i AGN takođe stvaraju kosmičke zrake: izuzetno energične protone i elektrone. Oni bi mogli da strujaju kroz univerzum prema nama, pre nego što se sudare sa česticom svetlosti na putu. Taj sudar stvara neutrino slične energije.

Kako možemo utvrditi izvor?

Pronalaženje izvora

Evo gde dolazi australijska veza. KM3NeT nam govori da je ovaj neutrino došao iz dela južnog neba. Ako je došlo od ekstremne eksplozije, ili AGN-a, mogli bismo se nadati da ćemo uočiti izvor pomoću drugih teleskopa. Konkretno, i ostaci supernove i AGN mogu se uočiti pomoću radio talasa.

Australija ima najveće radio-teleskope na južnoj hemisferi. Australian Skuare Kilometer Arrai Pathfinder (ASKAP) je mapirao veliki deo južnog neba i pronašao velike uzorke ostataka supernove i AGN.