Neutrino-Sternwarten
Kosmische Strahlung sind Ströme von Elementarteilchen, die sich mit hoher Energie bewegen
Denn kosmische Strahlung besteht nicht nur ausNeutrale Teilchen (oder Neutrinos), aber auch geladene Teilchen, interagieren mit dem Magnetfeld unseres Planeten. Diese Wechselwirkung verändert ihre Flugbahn und erschwert die Bestimmung der Strahlungsquelle.
Gleichzeitig passieren neutrale Partikel freidurch Magnetfelder, die der ursprünglich definierten Flugbahn folgen. Jede Sekunde passieren ungefähr 100 Milliarden Neutrinos einen Quadratzoll Ihres Körpers. Die meisten von ihnen entstehen durch die Verschmelzung von Protonen auf der Sonne und sind nicht energiereich genug, um identifiziert zu werden, aber einige erreichen unseren Planeten von außerhalb der Milchstraße.
Neutrinos auf der Erde sind sehr schwer zu reparieren -Diese fundamentalen Teilchen interagieren fast nicht mit Materie, mit Ausnahme seltener Fälle, in denen Neutrino mit dem Kern eines Atoms und der darauf folgenden Kernreaktion kollidiert.
Die Folgen solcher Kernreaktionen sind nahezu unsichtbar:Wenn ein Neutrino mit dem Kern eines Atoms kollidiert, entsteht Tscherenkow-Strahlung – ein schwaches blaues Leuchten, das nur in sehr sauberem Wasser oder Eis sichtbar ist. Die Strahlung speichert Informationen über die Flugbahn des Neutrinos und ermöglicht die Berechnung der Energie des Teilchens. Dies ermöglicht es Physikern, seltene Teilchen zu untersuchen, auch wenn diese nur ungern interagieren.
Eiswürfel
Das meiste Eis enthält Luftblasen,diese bilden Hohlräume und verzerren die Flugbahndaten der Neutrinos. Aber in Tiefen von mehr als 2 km am Südpol ist das Eis eine homogene Struktur ohne Blasen - der Druck darin ist so groß, dass das Eis schrumpft und die Luft herausdrückt, bis sie „sauber“ wird.
IceCube Mission
Dieses Merkmal des tiefen antarktischen EisesPhysiker der IceCube-Mission machten sich das zunutze – das von ihnen gebaute Observatorium befindet sich in einer Tiefe von 2,5 km unter der Amundsen-Scott-Forschungsstation und ist ein Neutrino-Detektor mit einer Fläche von etwa 1 Kubikmeter. km.
Die Station ist mit 56 „Saiten“ und 5,2 Tausend ausgestattet.optische Sensoren. Die Teilchen bewegen sich entlang der Saiten, und optische Sensoren versuchen, das schwache blaue Leuchten von Myonen zu erkennen – Teilchen, die durch die Kollision von Neutronen mit Eisatomen entstehen und ein schwaches blaues Leuchten ausstrahlen.
Saiten unter der Amundsen-Scott Station
Obwohl sich die Sternwarte am befindetDie Südpoldetektoren sammeln Daten zu kosmischen Neutrinos aus allen Teilen der Welt, insbesondere aus der nördlichen Hemisphäre. Gleichzeitig ist die Erdmasse ein Filter, der „überflüssige“ oder energiearme Partikel abschneidet.
Im Jahr 2014 waren Wissenschaftler der IceCube-Mission erfolgreichbeweisen, dass extragalaktische Neutrinos die Erde erreichen. In den ersten drei Betriebsjahren wurden im Observatorium 37 Neutrinos mit einer Energie von mehr als 30 TeV registriert, was dem Fünffachen der Energie eines Protons entspricht.
Im September 2017 Wissenschaftler zum ersten Mal in der GeschichteNeutrinos mit einer Anfangsenergie von 230 TeV aufgenommen. Dank der Daten des Fermi-Gammateleskops haben Astrophysiker eine Strahlungsquelle entdeckt - den Blazar TXS 0506 + 056, der sich in einer Entfernung von 4 Milliarden Lichtjahren von der Erde befindet.
Nun führt zum IceCube Observatory
Diese Entdeckungen erklären die Bedeutung der Untersuchung von Neutrinos.- Mit diesen fundamentalen Teilchen können Wissenschaftler kosmische Körper erforschen, die sich in einer Entfernung von mehr als 13 Milliarden Lichtjahren befinden. Außerhalb dieser Grenze ist der Raum mit neutralen Wasserstoffatomen gefüllt, die sichtbares Licht absorbieren, aber Neutrinos überwinden diesen Raum frei.
Super-Kamiokande und SNO
IceCube ist nicht das einzige Neutrino-Observatorium.Ende des letzten Jahrhunderts erhielten Wissenschaftler der Projekte Super-Kamiokande und SNO den Nobelpreis für die Entdeckung der Eigenschaften von Neutrinos. Experimente mit Detektoren, die auf dem Prinzip der Aufzeichnung von Tscherenkow-Strahlung basieren, haben gezeigt, dass dieses Elementarteilchen eine Masse ungleich Null hat.
Gravitationswellen-Observatorien
Raum-Zeit-Schwankungen erkennen sehrschwierig. Tatsache ist, dass solche Schwingungen, die aufgrund von Änderungen in den Gravitationsfeldern auftreten, sehr schwach sind, von den Sinnen nicht wahrgenommen werden und von herkömmlichen Instrumenten nicht wahrgenommen werden, im Gegensatz zu Schall oder einem Funksignal.
Die Existenz von Gravitationswellen wird vermutetAlbert Einstein in seiner allgemeinen Relativitätstheorie. Ein theoretischer Physiker glaubte, dass die Ursache solcher Schwingungen die Beschleunigung der Masse im Universum ist, zum Beispiel die Verschmelzung oder Absorption von zwei großen Objekten durch einander. Mit Wellen können Sie die Größe von Objekten und den Abstand zu ihnen bestimmen. Basierend auf diesen Daten können Wissenschaftler kosmische Körper neu erschaffen, bevor sie kollidieren.
Zum ersten Mal in der Geschichte gelang eine GravitationswelleWissenschaftler der LIGO/VIRGO-Experimentkollaboration haben aufgezeichnet, dass Raum-Zeit-Oszillationen als Folge der Verschmelzung zweier Schwarzer Löcher und der Entstehung eines supermassereichen rotierenden Schwarzen Lochs entstanden.
Die Fusion von zwei Schwarzen Löchern
LIGO/Jungfrau
LIGO arbeitet nach dem Prinzip des Interferometers -Das Observatorium besteht aus zwei Schultern mit einer Länge von 4 km. Am Anfang und am Ende eines jeden von ihnen sind ultratechnische Spiegel auf isolierten Vibrationstischen montiert, die sich in derselben Ebene bewegen. Die Strahlen des Lasers in jeder der Schultern bewegen sich vom entfernten Punkt und vereinigen sich in der Mitte.
LIGO-Sternwarte
Die Idee hinter dem Experiment istist, dass die durch die Quadrupol-Gravitationswelle verursachte Verzerrung der Raumzeit dazu führen würde, dass einer der Arme geringfügig länger wird, während der andere kürzer wird. Mit anderen Worten: Wenn einer der Strahlen etwas zu spät eintrifft, wird ein Signal ausgelöst, das möglicherweise auf die Entdeckung einer Gravitationswelle hinweist.
Diese Dehnung ist extrem gering - im September 2017LIGO-Physiker haben eine Verringerung der Laserlänge im Arm um ein Billionstel Meter festgestellt - etwa ein Tausendstel des Protonendurchmessers. Außerdem betrug der Unterschied in der Ankunftszeit der Laserstrahlen nur 10 ms.
Jungfrau arbeitet nach dem gleichen Prinzip und erlaubtÜberprüfen Sie die LIGO-Daten. Jetzt werden beide Projekte auf unbestimmte Zeit eingefroren. Bisher haben LIGO und sein europäischer Partner Virgo insgesamt vier Gravitationswellen aufgezeichnet - in den Jahren 2015 und 2017.
Die Physiker erwarten, dass die Untersuchung der Gravitationswellen es ermöglichen wird, die Ursachen der ultraschnellen Rotation von Neutronensternen zu verstehen und den Prozess der Verschmelzung von Schwarzen Löchern zu untersuchen.
eLISA
Wissenschaftler der NASA und des europäischen WeltraumsDie Agenturen (ESA) arbeiten auch an einem Projekt eines Gravitationswellen-Observatoriums im Weltraum - der eLISA-Antenne. Das Gerät arbeitet wie LIGO nach dem Prinzip eines Interferometers, aber der Laserstrahl bewegt sich in astronomischer Entfernung zwischen den Spiegeln. Dadurch wird die Frequenz der vom Orbiter wahrgenommenen Wellen im Vergleich zu LIGO um vier bis fünf Größenordnungen verringert.
Jetzt befindet sich das Projekt in der Entwurfsphase. Der Start der Weltraumantenne ist für 2034 geplant, die voraussichtliche Laufzeit des Projekts beträgt fünf bis zehn Jahre.