Neutrino observatorier
Kosmiske stråler er strømmer av elementærpartikler som beveger seg med høye energier inn
Siden kosmiske stråler består ikke bare avnøytrale partikler (eller nøytrinoer), men også ladede, samhandler de med magnetfeltet til planeten vår. Denne interaksjonen endrer deres bane og gjør det vanskelig å bestemme kilden til strålingen.
Samtidig passerer nøytrale partikler frittgjennom magnetiske felt, etter den opprinnelig definerte banen. Hvert sekund ca 100 milliarder nøytriner går gjennom en kvadratmeter kropp. De fleste av dem er dannet når protoner fusjonerer inn i solen og ikke er energiske nok til å bli identifisert, men noen når planeten vår utenfor Milky Way.
Neutrinos på jorden er svært vanskelig å fikse -disse grunnleggende partiklene virker nesten ikke i forhold til saken, med unntak av sjeldne tilfeller av kollisjon av nøytriner med atomkjernen og kjernereaksjonen som følger den.
Konsekvensene av slike kjernefysiske reaksjoner er nesten usynlige:Når en nøytrino kolliderer med kjernen til et atom, produseres Cherenkov-stråling - en svak blå glød som bare er synlig i veldig rent vann eller is. Strålingen lagrer informasjon om nøytrinoens bane og gjør det mulig å beregne partikkelens energi. Dette gjør at fysikere kan studere sjeldne partikler selv om de er motvillige til å samhandle.
IceCube
Det meste av isen inneholder luftbobler,som danner hukommelse og forvrenger nøytrino bane data. Men på dybder på mer enn 2 km ved Sørpolen er isen en homogen struktur uten bobler - trykket i det er så flott at isen krymper og tvinger luften ut til den blir "ren".
IceCube-oppdrag
Denne egenskapen til dyp antarktisk isFysikere fra IceCube-oppdraget benyttet seg – observatoriet de bygde ligger på 2,5 km dyp under Amundsen-Scott forskningsstasjon og er en nøytrino-detektor med et areal på rundt 1 kubikkmeter. km.
Stasjonen er utstyrt med 56 "strenger" og 5,2 tusen.optiske sensorer. Partiklene beveger seg langs strengene, og optiske sensorer prøver å oppdage den svake blå gløden til myoner – partikler som dannes ved kollisjon av nøytroner med isatomer og sender ut en svak blå glød.
Strings under Amundsen-Scott stasjon
Selv om observatoriet ligger påSydpole detektorer samler data om kosmiske nøytriner som kommer fra alle verdenshjørner, særlig fra den nordlige halvkule. Samtidig er jordens masse et filter som kutter av "overflødige" eller lav-energi partikler.
I 2014 lyktes forskere fra IceCube-oppdragetbevise at extragalaktiske neutrinoer når jorden. I de tre første årene registrerte observatoriet 37 nøytriner med en energi på mer enn 30 TeV, som er fem ganger mer enn energien til en proton.
I september 2017, forskere for første gang i historienregistrerte nøytriner med en innledende energi på 230 TeV. Takket være data fra Fermi gamma teleskopet har astrofysikere oppdaget en strålekilde - blazeren TXS 0506 + 056, som ligger i en avstand på 4 milliarder lysår fra Jorden.
Godt ledende til IceCube observatoriet
Disse funnene forklarer betydningen av å studere nøytriner.- Disse grunnleggende partiklene vil tillate forskere å utforske kosmiske kropper som ligger i en avstand på mer enn 13 milliarder lysår. Utenfor denne grensen er plassen fylt med nøytrale hydrogenatomer, som absorberer synlig lys, men nøytriner overvinne dette rommet fritt.
Super-Kamiokande og SNO
IceCube er ikke det eneste nøytrinobservatoriet.På slutten av forrige århundre mottok forskere fra Super-Kamiokande- og SNO-prosjektene Nobelprisen for å oppdage egenskapene til nøytrinoer. Eksperimenter med detektorer basert på prinsippet om å registrere Cherenkov-stråling har vist at denne grunnleggende partikkelen har en masse som ikke er null.
Gravitasjonsbølge observatorier
Space-fluktuasjoner oppdager veldigvanskelig. Faktum er at slike svingninger oppstår på grunn av endringer i gravitasjonsfeltene er svært svake, de blir ikke senset av sansene og oppfattes ikke av konvensjonelle instrumenter, i motsetning til lyd eller et radiosignal.
Eksistensen av gravitasjonsbølger foresloAlbert Einstein i sin generelle relativitetsteori. En teoretisk fysiker trodde at årsaken til slike svingninger er akselerasjon av masse i universet, for eksempel fusjonering eller absorpsjon av to store gjenstander av hverandre. Bølger lar deg bestemme størrelsen på objekter og avstanden til dem. Basert på disse dataene kan forskere gjenskape kosmiske kropper før de kolliderer.
For første gang i historien ble en gravitasjonsbølge lykkesforskere fra LIGO/VIRGO-eksperimentsamarbeidet registrerte at rom-tidsoscillasjoner oppsto som et resultat av sammenslåingen av to sorte hull og utseendet til ett supermassivt roterende sort hull.
Sammenslåingen av to sorte hull
LIGO/Jomfruen
LIGO arbeider med prinsippet om interferometer -Observatoriet består av to skuldre med en lengde på 4 km. I begynnelsen og på slutten av hver av dem er ultrateknologiske speil montert på isolerte vibrasjonstabeller som beveger seg i samme plan. Strålene i laseren i hver av skuldrene beveger seg fra det fjerne punktet og forener seg i midten.
LIGO observatorium
Tanken bak eksperimentet erer at forvrengningen av romtid forårsaket av quadrupol gravitasjonsbølgen ville føre til at en av armene forlenges tynt mens den andre forkortes. Med andre ord, hvis en av strålene kommer litt for sent, utløses et signal som kan indikere deteksjon av en gravitasjonsbølge.
Denne forlengelsen er ekstremt liten - i september 2017LIGO fysikere har lagt merke til en forkortelse av laserlengden i armen med en trillionth av en meter - omtrent en tusen av proton diameteren. I tillegg var forskjellen i ankomsttidspunktet for laserstrålene bare 10 ms.
Jomfruen arbeider på samme prinsipp og tillater detsjekk LIGO-dataene. Nå er begge prosjektene frosset på ubestemt tid. Hittil har LIGO og Europas partner Virgo registrert totalt fire gravitasjonsbølger - i 2015 og 2017.
Fysikere forventer at studiet av gravitasjonsbølger vil tillate å forstå årsakene til ultrafast rotasjon av nøytronstjerner, for å studere prosessen med å slå sammen sorte hull.
elisa
Forskere fra NASA og det europeiske rommetByråer (ESA) arbeider også med et prosjekt av et tyngdebølgeobservatorium i rommet - eLISA-antennen. Enheten, som LIGO, vil fungere på prinsippet om et interferometer, men laserstrålen vil bevege seg mellom speilene på astronomiske avstander. Dette vil redusere frekvensen av bølgene som oppfattes av orbiteren med fire til fem størrelsesordener sammenlignet med LIGO.
Nå er prosjektet på designstadiet. Lanseringen av romantenne er planlagt for 2034, prosjektets estimerte varighet er fem til ti år.