Tín dụng hình ảnh: UW-Madison
Một kính viễn vọng mới đặt trong băng ở Nam Cực đã hoàn thành bản đồ đầu tiên của bầu trời neutrino năng lượng cao. Nó thực sự nhìn xuống, xuyên qua toàn bộ Trái đất để xem bầu trời phương Bắc cho neutrino, chúng di chuyển với vận tốc cao và đi qua hầu hết mọi vật chất không bị cản trở. AMANDA II đã phát hiện ra neutrino với năng lượng gấp 100 lần bất kỳ năng lượng nào được tạo ra trong các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm trên Trái đất.
Một kính viễn vọng mới sử dụng dải băng ở Nam Cực làm cửa sổ vũ trụ đã tạo ra bản đồ đầu tiên của bầu trời neutrino năng lượng cao.
Bản đồ, được công bố cho các nhà thiên văn học ở đây hôm nay (15 tháng 7) tại một cuộc họp của Liên minh Thiên văn Quốc tế, cung cấp cho các nhà thiên văn cái nhìn thoáng qua đầu tiên về neutrino năng lượng rất cao, các hạt ma quái được cho là phát ra từ một số sự kiện bạo lực nhất trong vũ trụ - sụp đổ các lỗ đen, vụ nổ tia gamma và lõi dữ dội của các thiên hà xa xôi.
Đây là dữ liệu đầu tiên có kính viễn vọng neutrino có tiềm năng khám phá thực tế, ông nói ông Francis Halzen, giáo sư vật lý của Đại học Wisconsin-Madison, về bản đồ được biên soạn bằng AMANDA II, một kính viễn vọng có một không hai được chế tạo với sự hỗ trợ từ Quỹ khoa học quốc gia (NSF) và bao gồm các dãy máy dò thu thập ánh sáng bị chôn vùi trong băng 1,5 km dưới Nam Cực. Cho đến nay, đây là cách nhạy cảm nhất từng có để nhìn vào bầu trời neutrino năng lượng cao, ông nói.
Khả năng phát hiện neutrino năng lượng cao và theo dõi chúng trở về điểm xuất phát của chúng vẫn là một trong những nhiệm vụ quan trọng nhất của vật lý thiên văn hiện đại.
Bởi vì neutrino vũ trụ là vô hình, không tích điện và gần như không có khối lượng, nên chúng không thể phát hiện ra. Không giống như photon, các hạt tạo ra ánh sáng khả kiến và các loại bức xạ khác, neutrino có thể vượt qua các hành tinh, ngôi sao, từ trường rộng lớn của không gian giữa các vì sao và thậm chí toàn bộ các thiên hà. Chất lượng đó - khiến họ rất khó phát hiện - cũng là tài sản lớn nhất của họ bởi vì thông tin họ chứa đựng về sự xa cách về mặt vũ trụ và các sự kiện không thể quan sát được vẫn còn nguyên vẹn.
Bản đồ do AMANDA II sản xuất là sơ bộ, Halzen nhấn mạnh và chỉ đại diện cho một năm dữ liệu được thu thập bởi kính viễn vọng băng. Sử dụng hai năm dữ liệu đã được thu thập với AMANDA II, Halzen và các đồng nghiệp của mình sẽ tiếp tục xác định cấu trúc của bản đồ bầu trời và sắp xếp các tín hiệu tiềm năng từ các biến động thống kê trong bản đồ hiện tại để xác nhận hoặc từ chối chúng.
Tầm quan trọng của bản đồ, theo Halzen, là nó chứng minh máy dò hoạt động. Đây là một thiết bị hoạt động của công nghệ, theo ông, và cho thấy rằng chúng ta đã đạt được độ nhạy tương tự như các kính viễn vọng được sử dụng để phát hiện các tia gamma trong cùng một vùng năng lượng cao của quang phổ điện từ. Các tín hiệu gần như bằng nhau được mong đợi từ các vật thể tăng tốc các tia vũ trụ, nguồn gốc của chúng vẫn chưa được biết đến gần một thế kỷ sau khi phát hiện ra chúng.
Chìm sâu vào băng Nam Cực, Kính thiên văn AMANDA II (Nam Cực Muon và mảng phát hiện neutrino) được thiết kế để nhìn không lên, nhưng xuống, xuyên qua Trái đất đến bầu trời ở Bắc bán cầu. Kính thiên văn bao gồm 677 mô-đun quang thủy tinh, mỗi kích thước của một quả bóng bowling, được xếp trên 19 dây cáp đặt sâu trong băng với sự trợ giúp của máy khoan nước nóng áp suất cao. Mảng biến đổi một khối băng có chiều cao 500 mét và đường kính 120 mét thành máy dò hạt.
Các mô-đun thủy tinh làm việc như bóng đèn ngược. Họ phát hiện và bắt giữ những vệt sáng mờ nhạt và thoáng qua được tạo ra khi, đôi khi, neutrino đâm vào các nguyên tử băng bên trong hoặc gần máy dò. Các xác tàu hạ nguyên tử tạo ra muon, một loại hạt hạ nguyên tử khác, một cách thuận tiện, để lại một sự đánh thức phù du của ánh sáng xanh trong vùng băng sâu ở Nam Cực. Các vệt ánh sáng khớp với đường đi của neutrino và quay trở lại điểm xuất phát của nó.
Bởi vì nó cung cấp cái nhìn đầu tiên về bầu trời neutrino năng lượng cao, bản đồ sẽ được các nhà thiên văn học quan tâm mạnh mẽ bởi vì, Halzen nói, chúng ta vẫn không biết các tia vũ trụ được gia tốc hoặc chúng đến từ đâu.
Việc AMANDA II hiện đã xác định được neutrino lên tới một trăm lần năng lượng của các hạt được tạo ra bởi các máy gia tốc trái đất mạnh nhất làm tăng triển vọng rằng một số trong số chúng có thể được khởi động trong hành trình dài của chúng bởi một số sự kiện cực kỳ năng lượng trong vũ trụ. Khả năng phát hiện thường xuyên neutrino năng lượng cao sẽ cung cấp cho các nhà thiên văn học không chỉ một ống kính để nghiên cứu các hiện tượng kỳ quái như va chạm với các lỗ đen, mà còn có phương tiện để truy cập trực tiếp vào thông tin chưa được kiểm tra từ các sự kiện xảy ra hàng trăm triệu hoặc hàng tỷ năm ánh sáng đi và eons trước.
Bản đồ này có thể chứa bằng chứng đầu tiên về máy gia tốc vũ trụ, theo ông Hal Halzen. Nhưng chúng tôi chưa có.
Việc săn tìm các nguồn neutrino vũ trụ sẽ tăng cường khi Kính thiên văn AMANDA II phát triển kích thước khi các chuỗi máy dò mới được thêm vào. Kế hoạch kêu gọi kính viễn vọng phát triển đến một km khối băng cụ. Kính thiên văn mới, được gọi là IceCube, sẽ giúp quét bầu trời cho các nguồn neutrino vũ trụ có hiệu quả cao.
Chúng tôi sẽ nhạy cảm với những dự đoán lý thuyết bi quan nhất, theo ông Hal Halzen. Hãy nhớ rằng, chúng tôi đang tìm kiếm các nguồn, và ngay cả khi chúng tôi phát hiện ra điều gì đó bây giờ, sự nhạy cảm của chúng tôi là như vậy, tốt nhất là chúng tôi sẽ thấy, theo thứ tự 10 neutrino mỗi năm. Đó chưa đủ tốt."
Nguồn gốc: WISC News Release
