Το Ανταρκτικό Τηλεσκόπιο AMANDA ΙΙ κάτω από τους πάγους χαρτογραφεί την κατανομή των νετρίνων στον ουρανό

Από σελίδα του Πανεπιστημίου Wisconsin-Madison, 16 Ιουλίου 2003

Ένα τηλεσκόπιο στην Ανταρκτική, το AMANDA ΙΙ (Δίκτυο Ανιχνευτών Μιονίων και Νετρίνων στην Ανταρκτική),  έχει δημιουργήσει τον πρώτο χάρτη με την κατανομή των νετρίνων υψηλής ενέργειας στον ουρανό.

Ο χάρτης, που παρουσιάστηκε στους αστρονόμους στις 15 Ιουλίου 2003, σε μια συνεδρίαση της Διεθνούς Αστρονομικής Ένωσης, παρέχει στους αστρονόμους τις πηγές των νετρίνων υψηλής ενέργειας, τα πολύ αδιόρατα σωματίδια που θεωρούνται ότι προέρχονται από τα βιαιότερα γεγονότα στον Κόσμο - μαύρες τρύπες που συγκρούονται, εκρήξεις ακτίνων γάμμα, και τους βίαιους πυρήνες των απόμακρων γαλαξιών.

"Αυτά είναι τα πρώτα στοιχεία που λήφθηκαν με ένα τηλεσκόπιο νετρίνων με μια ρεαλιστική δυνατότητα ανακαλύψεων", λέει ο Francis Halzen, καθηγητής της φυσικής στο Πανεπιστήμιο του Wisconsin-Madison, που χρησιμοποιεί για την κατασκευή του χάρτη των νετρίνων το ειδικό τηλεσκόπιο AMANDA ΙΙ. Αυτό αποτελείται από μια σειρά ανιχνευτών συλλογής του φωτός, οι οποίοι είναι θαμμένοι στον πάγο 1,5 km κάτω από το Νότιο Πόλο. "Μέχρι σήμερα, αυτό το τηλεσκόπιο είναι ο πιο ευαίσθητος τρόπος για να ανιχνεύσουμε νετρίνο υψηλής ενέργειας στον ουρανό", εξηγεί.

Η δυνατότητα να ανιχνευθούν τα νετρίνο υψηλής ενέργειαε και να επισημανθούν τα σημεία της προέλευσής τους παραμένει μια από τις σημαντικότερες αναζητήσεις της σύγχρονης αστροφυσικής.

Επειδή τα κοσμικά νετρίνο είναι αόρατα, και δεν έχουν σχεδόν καμία μάζα, είναι επόμενο να είναι αδύνατο να ανιχνευτούν. Αντίθετα από τα φωτόνια, τα σωματίδια του ορατού φωτός, καθώς και άλλων ειδών ακτινοβολιών, τα νετρίνο μπορούν να περάσουν ανεμπόδιστα μέσω των πλανητών, των άστρων, των απέραντων μαγνητικών πεδίων του διαστρικού διαστήματος και ακόμα και ολόκληρων γαλαξιών. Αυτή η ιδιότητά τους - που τα κάνει πολύ δύσκολο να ανιχνευτούν - είναι επίσης και το μεγαλύτερο προτέρημά τους επειδή οι πληροφορίες που κατέχουν για κοσμολογικά απόμακρα και απαρατήρητα γεγονότα παραμένουν άθικτα.

Ο χάρτης που παράγεται από το AMANDA ΙΙ είναι προκαταρκτικός, υπογραμμίζει ο Halzen, και αντιπροσωπεύει ένα μόνο έτος στοιχείων, τα οποία συλλέχθηκαν από το τηλεσκόπιο. Με τη χρήση δύο ακόμη χρόνων στοιχείων, που ήδη συλλέχθηκαν με το AMANDA ΙΙ, ο Halzen και οι συνάδελφοί του θα καθορίσουν έπειτα τη δομή του χάρτη του ουρανού και θα επιλέξουν τα πιθανά σήματα από τις στατιστικές διακυμάνσεις στο σημερινό χάρτη για να τα επιβεβαιώσουν ή να ανασκευάσουν τα σήματα.

Η σημασία του χάρτη, σύμφωνα με τον Halzen, είναι ότι αποδεικνύει τις εργασίες του ανιχνευτή. "Καθιερώνει την απόδοση της τεχνολογίας", λέει, "και δείχνει ότι έχουμε φθάσει στην ίδια ευαισθησία με τα τηλεσκόπια που χρησιμοποιούνται για να ανιχνεύσουν τις ακτίνες γάμμα στην ίδια περιοχή υψηλής ενέργειας του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος.

Το AMANDA ΙΙ

Βυθισμένο βαθιά κάτω στον ανταρκτικό πάγο, το τηλεσκόπιο AMANDA ΙΙ σχεδιάστηκε για να παρατηρεί όχι επάνω, αλλά κάτω, μέσω της Γης στον ουρανό στο Βόρειο Ημισφαίριο. Το τηλεσκόπιο αποτελείται από 677 γυάλινα διαφανή κομμάτια, το κάθε ένα στο μέγεθος μιας σφαίρας του μπόουλινγκ, δικτυωμένο με 19 καλώδια που χώνονται βαθιά στον πάγο με τη βοήθεια ειδικών τρυπανιών με μεγάλη πίεση καυτού νερού. Το δίκτυο μετασχηματίζει έναν κύλινδρο πάγου ύψους 500 μέτρων και διαμέτρου 120 μέτρων σε έναν ανιχνευτή σωματιδίων.

Τα τμήματα του γυαλιού εργάζονται αντίστροφα με τους λαμπτήρες του φωτός. Δεν φωτοβολούν αλλά ανιχνεύουν και συλλαμβάνουν τις εξασθενημένες και στιγμιαίες λάμψεις του φωτός, που δημιουργούνται όταν, κατά τύχη, κάποιο νετρίνο συντρίβεται μέσα στα άτομα του πάγου μέσα ή κοντά στον ανιχνευτή. Τα υποατομικά συντρίμμια τότε δημιουργούν μιόνια, ένα άλλο είδος υποατομικού σωματιδίου που, αφήνει στιγμιαία ίχνη γαλάζιου φωτός μέσα στον βαθύ ανταρκτικό πάγο. Το ίχνος του φωτός ταιριάζει με την τροχιά του νετρίνο και δείχνει το σημείο στον ουρανό από όπου προέρχεται.

Επειδή ο χάρτης δίνει την πρώτη αναλαμπή των υψηλής ενέργειας νετρίνων του ουρανού, θα απασχολήσει έντονα τους αστρονόμους, επειδή, λέει ο Halzen, δεν έχουν ακόμα καμία ένδειξη για το πώς επιταχύνονται οι κοσμικές ακτίνες ή από που προέρχονται.

Το γεγονός ότι το AMANDA ΙΙ έχει προσδιορίσει τώρα νετρίνο μέχρι και εκατό φορές την ενέργεια των σωματιδίων, που παράγονται από τους ισχυρότερους επιταχυντές στη Γη, αυξάνει την προοπτική ότι κάποια από αυτά τα νετρίνο μπορεί να ξεκίνησαν τα μακρινά ταξίδια τους από μερικά άκρως ενεργητικά γεγονότα στο Σύμπαν.

Η ικανότητα να ανιχνευθεί συνήθως υψηλής ενέργειας νετρίνο δίνει στους αστρονόμους όχι μόνο μια υποστήριξη να μελετήσουν τέτοια παράξενα φαινόμενα όπως οι συγκρουόμένες μαύρες τρύπες, αλλά να έρθουν σε άμεση πρόσβαση σε πληροφορίες, χωρίς καμιά μεταβολή, από γεγονότα που εμφανίστηκαν εκατοντάδες εκατομμυρίων ή και δισεκατομμυρίων ακόμη ετών φωτός μακριά μας όπως και αιώνες πριν.

"Αυτός ο χάρτης θα μπορούσε να δώσει τα πρώτα στοιχεία ενός κοσμικού επιταχυντή", εξηγεί ο Halzen. "Αλλά δεν βρισκόμαστε ακόμα στο σημείο αυτό".

Το κυνήγι για τις πηγές των κοσμικών νετρίνων έχει πάρει ώθηση με το τηλεσκόπιο AMANDA ΙΙ και αυξάνεται η ισχύς του καθώς προστίθενται νέες σειρές ανιχνευτών.

Τα σχέδια λένε για ένα τηλεσκόπιο που θα μεγαλώσει έως ένα κυβικό χιλιόμετρο πάγου. Το νέο τηλεσκόπιο, που είναι γνωστό ως IceCube, θα κάνει την ανίχνευση των ουρανών για τις κοσμικές πηγές των νετρίνων ιδιαίτερα αποδοτική. 

Η πρώτη λειτουργία του AMANDA έγινε το 1997 και εγκαταστάθηκε για να μελετήσει τα νετρίνα υψηλής ενέργειας, που έχουν 10.000 φορές περισσότερη ενέργεια από τα νετρίνα χαμηλών ενεργειών που εκπέμπονται από τον ήλιο. Θαμμένο το τηλεσκόπιο AMANDA σε βάθος περισσότερο από 1.5 χιλιόμετρο κάτω από το Νότιο Πόλο, αντί να βρίσκεται πάνω στον ουρανό, για να μπορεί η Γη να ενεργήσει ως φίλτρο για άλλες μορφές της ακτινοβολίας. Αυτό σημαίνει ότι παρά τη θέση του στο Νότιο Πόλο, το "μάτι" του τηλεσκοπίου είναι στην πράξη στους ουρανούς.