Neutrino Observatories
Kozmické žiarenie sú prúdy elementárnych častíc, ktoré sa pohybujú s vysokou energiou
Keďže kozmické žiarenie pozostáva nielen zneutrálne častice (alebo neutrína), ale aj nabité, interagujú s magnetickým poľom našej planéty. Táto interakcia mení ich trajektóriu a sťažuje určenie zdroja žiarenia.
Zároveň neutrálne častice voľne prechádzajúcez magnetické polia, sledujúce pôvodne definovanú trajektóriu. Každú sekundu okolo 100 miliárd neutrín prechádza cez jeden štvorcový palec vášho tela. Väčšina z nich je tvorená fúziou protónov na Slnku a nie je dostatočne energetická na to, aby boli identifikované, ale niektoré sa dostanú na našu planétu zvonku Mliečnej dráhy.
Neutrína na Zemi je veľmi ťažké opraviť -tieto základné častice takmer neinteragujú s hmotou, s výnimkou zriedkavých prípadov kolízie neutrín s jadrom atómu a jadrovou reakciou, ktorá nasleduje po nej.
Dôsledky takýchto jadrových reakcií sú takmer neviditeľné:Keď sa neutríno zrazí s jadrom atómu, vzniká Čerenkovovo žiarenie – slabá modrá žiara, ktorá je viditeľná len vo veľmi čistej vode alebo ľade. Žiarenie uchováva informácie o dráhe neutrína a umožňuje vypočítať energiu častice. To umožňuje fyzikom študovať vzácne častice, aj keď sa zdráhajú interagovať.
IceCube
Väčšina ľadu obsahuje vzduchové bubliny,ktoré vytvárajú dutiny a deformujú údaje trajektórie neutrín. Ale v hĺbkach viac ako 2 km pri južnom póle je ľad homogénnou štruktúrou bez bublín - tlak v ňom je taký veľký, že sa ľad zmenšuje a vyfukuje vzduch, kým sa nestane „čistým“.
Misia IceCube
Táto vlastnosť hlbokého antarktického ľaduFyzici z misie IceCube to využili - observatórium, ktoré postavili, sa nachádza v hĺbke 2,5 km pod výskumnou stanicou Amundsen-Scott a je to neutrínový detektor s plochou asi 1 meter kubický. km.
Stanica je vybavená 56 „strunami“ a 5,2 tisíc.optické senzory. Častice sa pohybujú po strunách a optické senzory sa snažia odhaliť slabú modrú žiaru miónov – častíc, ktoré vznikajú zrážkou neutrónov s atómami ľadu a vyžarujú slabú modrú žiaru.
Struny pod stanicou Amundsen-Scott
Hoci observatórium sa nachádza naDetektory južného pólu zbierajú údaje o kozmických neutrínach pochádzajúcich zo všetkých kútov sveta, najmä zo severnej pologule. Hmotnosť Zeme je zároveň filtrom, ktorý oddeľuje „nadbytočné“ alebo nízkoenergetické častice.
V roku 2014 uspeli vedci z misie IceCubedokázať, že extragalaktické neutrína sa dostávajú na zem. V prvých troch rokoch pôsobenia observatórium zaznamenalo 37 neutrín s energiou viac ako 30 TeV, čo je päťkrát viac ako energia jedného protónu.
V septembri 2017 vedci prvýkrát v históriizaznamenané neutrína s počiatočnou energiou 230 TeV. Vďaka údajom z ďalekohľadu Fermi gama astrofyzici objavili zdroj žiarenia - blazar TXS 0506 + 056, ktorý sa nachádza vo vzdialenosti 4 miliárd svetelných rokov od Zeme.
Dobre vedúce k observatóriu IceCube
Tieto objavy vysvetľujú dôležitosť štúdia neutrín.- tieto základné častice umožnia vedcom preskúmať kozmické telesá nachádzajúce sa vo vzdialenosti viac ako 13 miliárd svetelných rokov. Mimo tejto hranice je priestor naplnený neutrálnymi vodíkovými atómami, ktoré absorbujú viditeľné svetlo, ale neutrína voľne tento priestor prekonávajú.
Super-Kamiokande a SNO
IceCube nie je jediné neutrínové observatórium.Koncom minulého storočia dostali vedci z projektov Super-Kamiokande a SNO Nobelovu cenu za objav vlastností neutrín. Experimenty na detektoroch založených na princípe zaznamenávania Čerenkovovho žiarenia ukázali, že táto fundamentálna častica má nenulovú hmotnosť.
Observatóriá gravitačných vĺn
Výkyvy vo vesmírnom čase zisťujú veľmiťažké. Faktom je, že takéto oscilácie vznikajúce v dôsledku zmien gravitačných polí sú veľmi slabé, nie sú vnímané zmyslami a nie sú vnímané konvenčnými nástrojmi, na rozdiel od zvuku alebo rádia.
Navrhla sa existencia gravitačných vĺnAlbert Einstein vo svojej všeobecnej teórii relativity. Teoretický fyzik veril, že príčinou takýchto oscilácií je zrýchlenie hmoty vo vesmíre, napríklad zlúčenie alebo absorpcia dvoch veľkých objektov navzájom. Vlny vám umožňujú určiť veľkosť objektov a vzdialenosť od nich. Na základe týchto údajov môžu vedci znovu vytvoriť kozmické telieska predtým, ako sa zrazia.
Prvýkrát v histórii sa podarilo gravitačnej vlnevedci z experimentálnej spolupráce LIGO/VIRGO zaznamenali, že časopriestorové oscilácie vznikli v dôsledku zlúčenia dvoch čiernych dier a objavenia sa jednej supermasívnej rotujúcej čiernej diery.
Zlúčenie dvoch čiernych dier
LIGO/Panna
LIGO pracuje na princípe interferometra -Hvezdáreň pozostáva z dvoch ramien s dĺžkou 4 km. Na začiatku a na konci každého z nich sú ultratechnologické zrkadlá namontované na izolovaných vibračných stoloch, ktoré sa pohybujú v rovnakej rovine. Lúče lasera v každom ramene sa pohybujú od vzdialeného bodu a zjednotia sa v strede.
LIGO Observatory
Myšlienka experimentu jeje, že skreslenie časopriestoru spôsobené kvadrupólovou gravitačnou vlnou by spôsobilo, že jedno z ramien sa tenko predĺži, zatiaľ čo druhé sa skráti. Inými slovami, ak jeden z lúčov príde mierne neskoro, spustí sa signál, ktorý môže naznačovať detekciu gravitačnej vlny.
Toto predĺženie je veľmi malé - v septembri 2017Fyzici LIGO si všimli skrátenie dĺžky lasera v ramene o trilión metra - asi jednu tisícinu priemeru protónov. Okrem toho rozdiel v čase príchodu laserových lúčov bol iba 10 ms.
Panna funguje na rovnakom princípe a umožňujeskontrolujte údaje LIGO. Teraz sú oba projekty zmrazené na neurčito. LIGO a jej európsky partner Virgo doteraz zaznamenali celkovo štyri gravitačné vlny - v rokoch 2015 a 2017.
Fyzici očakávajú, že štúdium gravitačných vĺn umožní pochopiť príčiny ultrarýchlej rotácie neutrónových hviezd, študovať proces spájania čiernych dier.
Elisa
Vedci z NASA a Európskeho vesmíruAgentúry (ESA) tiež pracujú na projekte observatória gravitačnej vlny v priestore - anténe eLISA. Zariadenie, podobne ako LIGO, bude pracovať na princípe interferometra, ale laserový lúč sa bude pohybovať medzi zrkadlami v astronomickej vzdialenosti. Tým sa zníži frekvencia vĺn vnímaných orbiterom o štyri až päť rádov v porovnaní s LIGO.
Teraz je projekt vo fáze návrhu. Spustenie vesmírnej antény je naplánované na rok 2034, odhadovaná doba trvania projektu je päť až desať rokov.