Neutrino Observatories
Kosmické paprsky jsou proudy elementárních částic pohybujících se s vysokou energií dovnitř
Protože kosmické záření se skládá nejen zneutrální částice (neboli neutrina), ale i nabité, interagují s magnetickým polem naší planety. Tato interakce mění jejich trajektorii a ztěžuje určení zdroje záření.
Zároveň neutrální částice volně procházejípřes magnetická pole, sledující původně definovanou trajektorii. Každá sekunda kolem 100 miliard neutrín prochází jedním čtverečním centimetrem vašeho těla. Většina z nich je tvořena fúzí protonů na Slunci a není dostatečně energická na to, aby mohla být identifikována, ale někteří se dostanou na naši planetu z vnějšku Mléčné dráhy.
Neutrina na Zemi je velmi obtížné opravit -tyto základní částice téměř neinteragují s hmotou, s výjimkou vzácných případů kolize neutrin s jádrem atomu a nukleární reakce, která následuje.
Důsledky takových jaderných reakcí jsou téměř neviditelné:Když se neutrino srazí s jádrem atomu, vzniká Čerenkovovo záření – slabá modrá záře, která je viditelná pouze ve velmi čisté vodě nebo ledu. Záření uchovává informace o dráze neutrina a umožňuje vypočítat energii částice. To umožňuje fyzikům studovat vzácné částice, i když se zdráhají interagovat.
Icecube
Většina ledu obsahuje vzduchové bubliny,které tvoří dutiny a deformují data trajektorie neutrina. Ale v hloubkách více než 2 km u jižního pólu je led homogenní strukturou bez bublin - tlak v něm je tak velký, že se led zmenšuje a vyfukuje vzduch, dokud se nestane „čistým“.
Mise IceCube
Tato vlastnost hlubokého antarktického leduFyzici z mise IceCube toho využili - observatoř, kterou postavili, se nachází v hloubce 2,5 km pod výzkumnou stanicí Amundsen-Scott a jedná se o neutrinový detektor o ploše asi 1 metr krychlový. km.
Stanice je vybavena 56 „strunami“ a 5,2 tis.optické senzory. Částice se pohybují po strunách a optické senzory se snaží detekovat slabou modrou záři mionů – částic, které vznikají srážkou neutronů s atomy ledu a vydávají slabou modrou záři.
Struny pod stanicí Amundsen-Scott
Ačkoli observatoř je umístěna naDetektory jižního pólu shromažďují data o kosmických neutrinech pocházejících ze všech koutů světa, zejména ze severní polokoule. Hmotnost Země je zároveň filtrem, který odřezává „nadbytečné“ nebo nízkoenergetické částice.
V roce 2014 uspěli vědci z mise IceCubeprokázat, že extragalaktická neutrina se dostávají na zem. V prvních třech letech provozu observatoř zaznamenala 37 neutrin s energií více než 30 TeV, což je pětkrát více než energie jednoho protonu.
V září 2017 poprvé vědci v historiizaznamenaných neutrin s počáteční energií 230 TeV. Díky datům z dalekohledu Fermi gama astrofyzici objevili zdroj záření - blazar TXS 0506 + 056, který se nachází ve vzdálenosti 4 miliard světelných let od Země.
Dobře vedoucí k observatoři IceCube
Tyto objevy vysvětlují důležitost studia neutrin.- tyto základní částice umožní vědcům prozkoumat kosmické orgány umístěné ve vzdálenosti více než 13 miliard světelných let. Mimo tuto hranici je prostor naplněn neutrálními vodíkovými atomy, které absorbují viditelné světlo, ale neutrina tento prostor volně překonávají.
Super-Kamiokande a SNO
IceCube není jediná neutrinová observatoř.Na konci minulého století dostali vědci z projektů Super-Kamiokande a SNO Nobelovu cenu za objev vlastností neutrin. Experimenty na detektorech založených na principu záznamu Čerenkovova záření ukázaly, že tato fundamentální částice má nenulovou hmotnost.
Observatoře gravitačních vln
Kolísání časoprostoru detekuje velmiobtížné. Faktem je, že takové kmity vznikající v důsledku změn gravitačních polí jsou velmi slabé, nejsou vnímány smysly a na rozdíl od zvuku nebo rádiového signálu nejsou vnímány konvenčními nástroji.
Navrhla se existence gravitačních vlnAlbert Einstein ve své obecné teorii relativity. Teoretický fyzik věřil, že příčinou těchto kmitů je zrychlení hmoty ve vesmíru, například sloučení nebo absorpce dvou velkých objektů navzájem. Vlny umožňují určit velikost objektů a vzdálenost k nim. Na základě těchto údajů mohou vědci znovu vytvořit kosmická těla dříve, než se srazí.
Poprvé v historii se podařilo gravitační vlnuvědci z experimentální spolupráce LIGO/VIRGO zaznamenali, že časoprostorové oscilace vznikly v důsledku sloučení dvou černých děr a objevení se jedné supermasivní rotující černé díry.
Spojení dvou černých děr
LIGO/Panna
LIGO pracuje na principu interferometru -Hvězdárna se skládá ze dvou ramen o délce 4 km. Na začátku a na konci každého z nich jsou ultratechnologická zrcadla namontována na izolovaných vibračních stolech, které se pohybují ve stejné rovině. Paprsky laseru v každém z ramen se pohybují od vzdáleného bodu a spojují se ve středu.
LIGO Observatory
Myšlenka experimentu jeje, že zkreslení časoprostoru způsobené kvadrupólovou gravitační vlnou by způsobilo, že se jedno z ramen tence prodlouží, zatímco druhé se zkrátí. Jinými slovy, pokud jeden z paprsků dorazí mírně pozdě, spustí se signál, který může naznačovat detekci gravitační vlny.
Toto prodloužení je velmi malé - v září 2017Fyzici LIGO si všimli zkrácení délky laseru v rameni o biliont metru - asi jednu tisícinu průměru protonu. Kromě toho byl rozdíl v čase příchodu laserových paprsků pouze 10 ms.
Panna funguje na stejném principu a umožňujezkontrolujte data LIGO. Nyní jsou oba projekty zmrazeny na dobu neurčitou. LIGO a její evropský partner Virgo dosud zaznamenali celkem čtyři gravitační vlny - v letech 2015 a 2017.
Fyzici očekávají, že studium gravitačních vln umožní pochopit příčiny ultrarychlé rotace neutronových hvězd, studovat proces slučování černých děr.
eLISA
Vědci z NASA a evropského vesmíruAgentury (ESA) také pracují na projektu observatoře gravitačních vln v prostoru - antény eLISA. Přístroj, podobně jako LIGO, bude pracovat na principu interferometru, ale laserový paprsek se bude pohybovat mezi zrcadly v astronomické vzdálenosti. To sníží frekvenci vln vnímaných orbiterem o čtyři až pět řádů ve srovnání s LIGO.
Nyní je projekt ve fázi návrhu. Spuštění vesmírné antény je naplánováno na rok 2034, odhadovaná doba trvání projektu je pět až deset let.