Παρατηρητήρια για τα νετρίνο
Οι κοσμικές ακτίνες είναι ρεύματα στοιχειωδών σωματιδίων που κινούνται με υψηλές ενέργειες μέσα
Δεδομένου ότι οι κοσμικές ακτίνες αποτελούνται όχι μόνο απόουδέτερα σωματίδια (ή νετρίνα), αλλά και φορτισμένα, αλληλεπιδρούν με το μαγνητικό πεδίο του πλανήτη μας. Αυτή η αλληλεπίδραση αλλάζει την τροχιά τους και καθιστά δύσκολο τον προσδιορισμό της πηγής της ακτινοβολίας.
Ταυτόχρονα, ουδέτερα σωματίδια περνούν ελεύθεραμέσω μαγνητικών πεδίων, ακολουθώντας την αρχικά καθορισμένη τροχιά. Κάθε δευτερόλεπτο περίπου 100 δισεκατομμύρια νετρίνα περνούν μέσα από μια τετραγωνική ίντσα του σώματός σας. Τα περισσότερα από αυτά σχηματίζονται από τη σύντηξη των πρωτονίων στον Ήλιο και δεν είναι αρκετά ενεργητικά για να ταυτιστούν, αλλά μερικοί φτάνουν στον πλανήτη μας έξω από τον Γαλαξία.
Τα νετρίνα στη γη είναι πολύ δύσκολα να τακτοποιήσουν -αυτά τα θεμελιώδη σωματίδια σχεδόν δεν αλληλεπιδρούν με την ύλη, με εξαίρεση τις σπάνιες περιπτώσεις σύγκρουσης νετρίνων με τον πυρήνα ενός ατόμου και την πυρηνική αντίδραση που ακολουθεί.
Οι συνέπειες τέτοιων πυρηνικών αντιδράσεων είναι σχεδόν αόρατες:Όταν ένα νετρίνο συγκρούεται με τον πυρήνα ενός ατόμου, παράγεται ακτινοβολία Cherenkov - μια αμυδρή μπλε λάμψη που είναι ορατή μόνο σε πολύ καθαρό νερό ή πάγο. Η ακτινοβολία αποθηκεύει πληροφορίες σχετικά με την τροχιά του νετρίνου και καθιστά δυνατό τον υπολογισμό της ενέργειας του σωματιδίου. Αυτό επιτρέπει στους φυσικούς να μελετούν σπάνια σωματίδια παρόλο που είναι απρόθυμοι να αλληλεπιδράσουν.
Icecube
Ο περισσότερος πάγος περιέχει φυσαλίδες αέρα,που σχηματίζουν κενά και παραμορφώνουν τα δεδομένα τροχιάς του νετρίνο. Αλλά σε βάθη πάνω από 2 χλμ. Στον Νότιο Πόλο, ο πάγος είναι μια ομοιογενής δομή χωρίς φυσαλίδες - η πίεση σε αυτό είναι τόσο μεγάλη που ο πάγος συρρικνώνεται και ωθεί τον αέρα έξω μέχρι να γίνει "καθαρός".
Αποστολή του IceCube
Αυτό το χαρακτηριστικό του βαθύ πάγου της ΑνταρκτικήςΟι φυσικοί από την αποστολή IceCube επωφελήθηκαν - το παρατηρητήριο που κατασκεύασαν βρίσκεται σε βάθος 2,5 χιλιομέτρων κάτω από τον ερευνητικό σταθμό Amundsen-Scott και είναι ένας ανιχνευτής νετρίνων με εμβαδόν περίπου 1 κυβικό μέτρο. χλμ.
Ο σταθμός είναι εξοπλισμένος με 56 «χορδές» και 5,2 χιλιάδες.οπτικούς αισθητήρες. Τα σωματίδια ταξιδεύουν κατά μήκος των χορδών και οι οπτικοί αισθητήρες προσπαθούν να ανιχνεύσουν την αμυδρά μπλε λάμψη των μιονίων - σωματιδίων που σχηματίζονται από τη σύγκρουση νετρονίων με άτομα πάγου και εκπέμπουν μια αμυδρή μπλε λάμψη.
Χορδές κάτω από το σταθμό Amundsen-Scott
Αν και βρίσκεται το παρατηρητήριοΟι ανιχνευτές του Νότιου Πόλου συλλέγουν στοιχεία για κοσμικά νετρίνα που προέρχονται από όλες τις γωνιές του κόσμου, ιδίως από το βόρειο ημισφαίριο. Ταυτόχρονα, η μάζα της Γης είναι ένα φίλτρο που κόβει "περιττά" ή σωματίδια χαμηλής ενέργειας.
Το 2014, οι επιστήμονες από την αποστολή IceCube κατάφεραναποδεικνύουν ότι τα εξτραγαλακτικά νετρίνα φτάνουν στη γη. Στα πρώτα τρία χρόνια λειτουργίας, το παρατηρητήριο κατέγραψε 37 νετρίνα με ενέργεια άνω των 30 TeV, η οποία είναι πενταπλάσια από την ενέργεια ενός πρωτονίου.
Τον Σεπτέμβριο του 2017, επιστήμονες για πρώτη φορά στην ιστορίακαταγεγραμμένα νετρίνα με αρχική ενέργεια 230 TeV. Χάρη στα δεδομένα από το τηλεσκόπιο Fermi gamma, οι αστροφυσικοί ανακάλυψαν μια πηγή ακτινοβολίας - το blazar TXS 0506 + 056, που βρίσκεται σε απόσταση 4 δισεκατομμυρίων ετών φωτός από τη Γη.
Καλά οδηγώντας στο Παρατηρητήριο IceCube
Αυτές οι ανακαλύψεις εξηγούν τη σπουδαιότητα της μελέτης νετρίνων.- αυτά τα θεμελιώδη σωματίδια θα επιτρέψουν στους επιστήμονες να διερευνήσουν κοσμικά σώματα που βρίσκονται σε απόσταση άνω των 13 δισεκατομμυρίων ετών φωτός. Εκτός από αυτό το όριο, ο χώρος γεμίζει με ουδέτερα άτομα υδρογόνου, τα οποία απορροφούν ορατό φως, αλλά τα νετρίνα ξεπερνούν ελεύθερα αυτό το χώρο.
Super-Kamiokande και SNO
Το IceCube δεν είναι το μόνο παρατηρητήριο νετρίνων.Στα τέλη του περασμένου αιώνα, επιστήμονες από τα έργα Super-Kamiokande και SNO έλαβαν το βραβείο Νόμπελ για την ανακάλυψη των ιδιοτήτων των νετρίνων. Πειράματα σε ανιχνευτές που βασίζονται στην αρχή της καταγραφής της ακτινοβολίας Cherenkov έδειξαν ότι αυτό το θεμελιώδες σωματίδιο έχει μη μηδενική μάζα.
Βυζαντινά παρατηρητήρια κύματος
Διακυμάνσεις διαστήματος-χρόνου ανιχνεύουν πολύδύσκολο. Το γεγονός είναι ότι τέτοιες ταλαντώσεις που προκύπτουν λόγω αλλαγών στα βαρυτικά πεδία είναι πολύ αδύναμες, δεν γίνονται αισθητές από τις αισθήσεις και δεν γίνονται αντιληπτές από συμβατικά όργανα, σε αντίθεση με το ήχο ή το ραδιοσήμα.
Η ύπαρξη των κυμάτων βαρύτητας πρότεινεAlbert Einstein στη γενική θεωρία της σχετικότητας. Ένας θεωρητικός φυσικός θεώρησε ότι η αιτία τέτοιων ταλαντώσεων είναι η επιτάχυνση της μάζας στο σύμπαν, για παράδειγμα, η συγχώνευση ή η απορρόφηση δύο μεγάλων αντικειμένων μεταξύ τους. Τα κύματα σας επιτρέπουν να καθορίσετε το μέγεθος των αντικειμένων και την απόσταση από αυτά. Με βάση αυτά τα δεδομένα, οι επιστήμονες μπορούν να αναδημιουργήσουν κοσμικά σώματα πριν συγκρούονται.
Για πρώτη φορά στην ιστορία, επιτεύχθηκε ένα βαρυτικό κύμαΟι επιστήμονες από τη συνεργασία του πειράματος LIGO/VIRGO κατέγραψαν ότι οι χωροχρονικές ταλαντώσεις προέκυψαν ως αποτέλεσμα της συγχώνευσης δύο μαύρων οπών και της εμφάνισης μιας υπερμεγέθους περιστρεφόμενης μαύρης τρύπας.
Η συγχώνευση δύο μαύρων τρυπών
LIGO/Παρθένος
Το LIGO λειτουργεί με βάση την αρχή του συμβολόμετρου -Το παρατηρητήριο αποτελείται από δύο ώμους μήκους 4 χλμ. Στην αρχή και στο τέλος καθενός από αυτά, οι υπερτεχνολογικοί καθρέπτες τοποθετούνται σε απομονωμένους πίνακες κραδασμών που κινούνται στο ίδιο επίπεδο. Οι ακτίνες του λέιζερ σε κάθε έναν από τους ώμους κινούνται από το μακρινό σημείο και ενώνονται στο κέντρο.
Παρατηρητήριο LIGO
Η ιδέα πίσω από το πείραμα είναιείναι ότι η παραμόρφωση του χωροχρόνου που προκαλείται από το τετραπολικό βαρυτικό κύμα θα έκανε τον ένα από τους βραχίονες να επιμηκύνει λεπτό ενώ ο άλλος βραχύνει. Με άλλα λόγια, εάν μια από τις δέσμες φτάσει ελαφρώς αργά, ενεργοποιείται ένα σήμα που μπορεί να υποδεικνύει την ανίχνευση ενός βαρυτικού κύματος.
Αυτή η επιμήκυνση είναι εξαιρετικά μικρή - το Σεπτέμβριο του 2017Οι φυσικοί της LIGO έχουν παρατηρήσει ότι το μήκος του λέιζερ στο βραχίονα μειώνεται κατά ένα τρισεκατομμύριο ενός μέτρου - περίπου το ένα χιλιοστό της διαμέτρου των πρωτονίων. Επιπλέον, η διαφορά στο χρόνο άφιξης των ακτίνων λέιζερ ήταν μόνο 10 ms.
Η Παρθένος εργάζεται στην ίδια αρχή και επιτρέπειελέγξτε τα δεδομένα LIGO. Τώρα και τα δύο έργα έχουν παγώσει απεριόριστα. Μέχρι σήμερα, η LIGO και ο Ευρωπαίος συνεργάτης της Παρθένος έχουν καταγράψει συνολικά τέσσερα βαρυτικά κύματα - το 2015 και το 2017.
Οι φυσικοί αναμένουν ότι η μελέτη των κυμάτων βαρύτητας θα επιτρέψει να κατανοήσουμε τις αιτίες της εξαιρετικά γρήγορης περιστροφής των αστέρων των νετρονίων, για να μελετήσουμε τη διαδικασία συγχώνευσης των μαύρων τρυπών.
eLISA
Επιστήμονες της NASA και του Ευρωπαϊκού ΧώρουΟι οργανισμοί (ΕΣΟΛ) εργάζονται επίσης σε ένα έργο παρατηρητηρίου βαρυτικών κυμάτων στο διάστημα - στην κεραία eLISA. Η συσκευή, όπως το LIGO, θα λειτουργεί με την αρχή ενός συμβολόμετρου, αλλά η δέσμη λέιζερ θα μετακινηθεί μεταξύ των κατόπτρων σε αστρονομική απόσταση. Αυτό θα μειώσει τη συχνότητα των κυμάτων που αντιλαμβάνονται το orbiter κατά τέσσερις έως πέντε τάξεις μεγέθους σε σύγκριση με το LIGO.
Τώρα το έργο βρίσκεται στο στάδιο του σχεδιασμού. Η εκτόξευση της κεραίας διαστήματος προγραμματίζεται για το 2034, η εκτιμώμενη διάρκεια του έργου είναι πέντε έως δέκα χρόνια.