Astrofyysikot ovat ensi kertaa paikantaneet korkeaenergisten kosmisten neutriinojen alkulähteen Linnunradan ulkopuolelle.

Kansainvälisen yhteistyön tuloksena Etelämantereen IceCube-neutriino-observatoriossa havaitun korkeaenergisen neutriinon alkulähteeksi paikannettiin neljän miljardin valovuoden päässä sijaitseva blasaari eli aktiivinen galaksi.

Tutkijat ovat havainnosta innoissaan, sillä sen uskotaan olevan avain pitkäaikaisen mysteerin – kosmisen säteilyn lähteen – paljastamiseksi.

”Emme ole havainneet vain ensimmäistä neutriinojen lähdettä, vaan myös ensimmäisen galaksin, joka kiihdyttää kosmista säteilyä”, Adelaiden yliopiston professori Gary Hill kertoo tiedotteessa.

Neutriinot ovat fermioneihin kuuluvia alkeishiukkasia, joilla on hyvin pieni massa. Neutriinoja kulkeutuu lävitsemme jatkuvasti, mutta niiden havaitseminen on haasteellista, sillä ne eivät vuorovaikuta ympäröivän maailman kanssa juuri ollenkaan. Siksi neutriinoja kutsutaankin myös ”haamuhiukkasiksi”.

Käytännössä neutriinot voivat siis halkoa avaruutta miljardeja valovuosia läpi planeettojen, tähtien ja galaksien ilman, että niiden suunta muuttuu.

IceCube, joka on maailman suurin neutriino-observatorio, havaitsi poikkeuksellisen korkeaenegisen neutriinon syyskuussa 2017. Neutriino irrottaa vesimolekyyliin törmätessään elektronin, joka sinkoutuu eteenpäin (väliaineessa) valoa suuremmalla nopeudella tuottaen Tšerenkovin säteilyä. Elektronin viritystilan purkautuessa syntyy näkyvää sinistä valoa, jonka mittalaitteet havaitsevat.

IceCuben havaitseman neutriinon energia oli noin 290 teraelektronivolttia, mikä oli merkki siitä, että se oli syntynyt kaukaisessa taivaankappaleessa.

Koska neutriinoemissioiden tiedetään esiintyvän käsi kädessä fotonien kanssa, Maassa ja avaruudessa sijaitsevat teleskoopit hälytettiin välittömästi havainnon jälkeen tekemään seurantahavaintoja.

Nasan Fermi-avaruusteleskooppi havaitsi pian, että havaittu neutriino saapui TXS 0506+056 -nimisen blasaarin suunnasta, joka on tunnettu gammasäteilyn lähde. Magic-teleskoopin havainnot puolestaan paljastivat, että blasaarista kantautuvan säteilyn energia on vähintään 400 teraelektronivolttia.

Etelänavalla sijaitsevan IceCuben havaintolaitteet sijaitsevat kuutiokilometrin kokoisella alueella yli puolentoista kilometrin syvyydessä, mikä tekee siitä maailman suurimman neutriino-observatorion. Valtavasta koostaan huolimatta korkeaenergisten neutriinojen havaitseminen ei ole sillekään arkipäivää.

”Kosminen neutriino paljasti, että tämä blasaari kykenee kiihdyttämään protonit hyvin korkeisiin energiatiloihin, joten se voi todella olla yksi kosmisen säteilyn lähteistä”, saksalaisen DESY-fysiikantutkimuskeskuksen tutkija Elisa Bernardini selittää.

”Kosmisen säteilyn lähteitä on äärimmäisen vaikea havaita, sillä positiivisesti varautuneet protonit kimpoilevat avaruuden magneettikentissä. Ne eivät siis kulje suoraviivaisesti, joten emme voi tietää mistä ne tulevat.”

Tässä kohtaa sähköisesti varautumattomat fotonit ja neutriinot astuvat kuvaan. Ne kulkevat lähteestään suoraa linjaa ja voivat siten paljastaa kosmisen säteilyn alkulähteen.

”Useiden viestintuojien aika astrofysiikassa on saapunut”, Yhdysvaltain kansallisen tiedesäätiön johtaja France Córdova iloitsee.

”Jokainen näistä viestintuojista – sähkömagneettisesta säteilystä gravitaatioaaltoihin ja nyt neutriinoihin – tarjoavat meille mahdollisuuden ymmärtää maailmankaikkeutta paremmin. Ne tarjoavat tärkeitä uusia oivalluksia avaruuden voimakkaimmista kappaleista ja ilmiöistä.”

Havaintoa käsittelevät tutkimukset julkaistaan Nature-tiedejulkaisussa.

Lisätietoja Adelaiden yliopiston, Wisconsin-Madisonin yliopiston, Münchenin teknillisen yliopiston sekä Max Planck -tutkimusinstituutin tiedotteissa.