Обсерватория заровена надълбоко в леда на Антарктика, забеляза призрачни, почти непритежаващи маса частици от дълбините на галатиката и извън Млечния път.

Откритието на тези космически неутрино не само потвърждава съществуването им, но също хвърля светлина и върху произхода на космическите лъчи, казват изследователи.

Обсерваторията IceCube Neutrino се състои от 86 шахти с дълбочина от 2 400 м в леда близо до Южния полюс. Шахтите са оборудвани с детектори, които търсят издайническа светлина от високоенергийни частици при сблъсъка им с заобикалящия лед.

Неутриното има много малка маса, затова толкова лесно си проправя път през материята. Оловен блок с дължина светлинна година не би бил пречка за него. Тези неуловими частици идват от високоенргийни източници: експлоадиращи звезди, черни дупки и галактически ядра.

Въпреки, че те не си взаимодействат много с материята, отвреме навреме някое неутрино се сблъсква с атомни ядра на Земята. Когато това се случи, неутриното произвежда частица наречена мюон. Точно това са търсили учените при преследването на неутрино – мюоните се движат по-бързо от скоростта на светлината в твърда среда (в този случай лед) и образуват светлинни вълни, подобни на тези при пускане на лодка във водата, наречени ефект на Черенков. Те показват също пътя на неутриното. (Скоростта на светлината е постоянна във вакуум, но по-ниска в среда като лед или стъкло – точно това причинява пречупване. Така че мюоните всъщност не са по-бързи от скоростта на светлината. )

Проектът IceCube откри неутрино от извън пределите на галактиката ни през 2013, но за да потвърдят това откритие изследователите оглавявани от екип от Университета от Уисконсин-Мадисън трябваше да се уверят, че тези неутрино не идват от източници вътре в галактиката (например Слънцето). За тази цел те са търсили неутрино с подобни енергии, идващи от всички посоки с една и съща скорост, което означава, че те не зависят от въртенето на Земята и орбитата около слънцето – единственият начин това да се случи е, ако източникът е извън галактиката.

Учените също е трябвало да филтрират мюони, създадени при сблъсъка на космически лъчи със земната атмосфера. Използвали са самата Земя, за да отстранят повечето от мюоните, насочвайки обсерваторията през Земята към небето над северното полукълбо.

В продължение на над две години, между май 2010 и май 2012, обсерваторията е засякла повече от 35 000 неутрино, като 20 от тях са демонстрирали достатъчно високи енергии, за да се предположи, че идват от космически източници.

Тези 20 неутрино, наречени мюон неутрино идват от противоположна посока, но приблизително със същата скорост, като подобните неутрино наблюдавани при предишни експерименти. Тъй като скоростта, с която са се появили е била еднаква по време на наблюдението, това означава, че е било без значение накъде е насочвана обсерваторията като резултат от дневната ротация и годишната орбита на Земята – резултатът предвиден за извънгалактическите неутрино.

“Поне една малка част от потока е с извънгалактически произход. Това е ново откритие”, казва Албрехт Карл, професор по физика от Университета Мадисън и един от авторите на новото изследване.

Налюденията разкриват и нещо друго: Енергиите на мюон неутриното и техният брой не се вписват добре в няколкото модела обясняващи произхода им. Учените не засягат този проблем в детайли, но данните сачат, че мюон неутриното не идва от избухвания на гама-лъчи – високоенергийни събития в космоса.

“Съществуват някои ограничения в броя на неутриното, причинени от избухвания на гама-лъчи. Знаем, че тези събития не предизвикват такъв голям брой.”, казва Карл.

По същия начин изглежда, че отговорни не са и активните галактически ядра, въпреки, че според учения е твърде рано това да се твърди със сигурност.

Други възможности са галактики, които преминават през етап на бързо формиране на звезди или маса от газ и прах, която заобикаля черни дупки в галактическите центрове. Когато атомите попаднат в пастта на черната дупка, те се сблъскват едни с друг по-често при по-високи енергии. Някои от тях формират пиони, неутрино и фотони. Ако случаят е точно такъв, може да се очаква съотношение едно към едно на високоенергийни неутрино и съпътстващи фотони. Но това все още не може да се потвърди или отхвърли.