Το πείραμα ανίχνευσης νετρίνων IceCube

Το IceCube Neutrino Observatory είναι ένα πείραμα φυσικής στοιχειωδών σωματιδίων που βρίσκεται στο Νότιο Πόλο και έχει σχεδιαστεί για να ανιχνεύει νετρίνα υψηλής ενέργειας από κοσμικούς επιταχυντές. Αποτελείται από πάνω από 5.000 αισθητήρες που ονομάζονται Ψηφιακές Οπτικές Μονάδες (Digital Optical Modules – DOM) και οι οποίοι είναι ενσωματωμένοι σε ένα κυβικό χιλιόμετρο πάγου.

Όταν ένα νετρίνο αλληλεπιδρά με ένα μόριο πάγου, μπορεί να παράξει ένα φορτισμένο σωματίδιο, όπως ένα μιόνιο, που ταξιδεύει μέσα στον πάγο και παράγει ένα αχνό μπλε φως που ονομάζεται ακτινοβολία Cherenkov. Οι DOM είναι εξοπλισμένοι με σωλήνες φωτοπολλαπλασιαστών που μπορούν να ανιχνεύσουν αυτό το φως και να παράξουν ηλεκτρικό παλμό.

Ο ανιχνευτής IceCube χρησιμοποιεί αυτούς τους παλμούς για να ανακατασκευάσει τη διαδρομή και την ενέργεια του νετρίνου που τους παρήγαγε. Αναλύοντας την κατεύθυνση και την ενέργεια των νετρίνων, καθώς γνωρίζουμε ότι κινούνται ευθύγραμμα, οι επιστήμονες μπορούν να μάθουν για τις πηγές αυτών των σωματιδίων και τις διαδικασίες που είναι υπεύθυνες για την παραγωγή τους. 

Βασικοί στόχοι του πειράματος: 

Ο ανιχνευτής IceCube είναι το πρώτο μέχρι στιγμής πείραμα καταγραφής νετρίνων της τάξης του κυβικού χιλιομέτρου. Το IceCube είναι ένα εμβληματικό πείραμα στην αστρονομία νετρίνων και στην πολυμηνυματική αστρονομία που συνεισφέρει στην κατανόηση της αστροφυσικής υψηλών ενεργειών. Το IceCube είναι επίσης μια ερευνητική εγκατάσταση πολλαπλών χρήσεων με μετρήσεις εξαιρετικής ακριβείας στη φυσική των νετρίνων και ουσιαστική συμβολή στη φυσική των κοσμικών ακτίνων, στις αναζητήσεις της σκοτεινής ύλης και στην παγετολογία.

Μερικές από τις πιο σημαντικές παρατηρήσεις: 

→ Η πρώτη παρατήρηση κοσμικών νετρίνων υψηλής ενέργειας έγινε το 2013, η οποία παρείχε στοιχεία για την ύπαρξη εξωγαλαξιακών πηγών σωματιδίων υψηλής ενέργειας και άνοιξε ένα νέο πεδίο της αστροφυσικής.

→ Η ανίχνευση ενός επεισοδίου  νετρίνων υψηλής ενέργειας καταγράφηκε το 2017 που εντοπίστηκε σε ένα blazar, τον TXS 0506+056, έναν ενεργό γαλαξιακό πυρήνα με μια υπερμεγέθη μαύρη τρύπα στο κέντρο του. Αυτό παρείχε την πρώτη άμεση ένδειξη σύνδεσης μεταξύ νετρίνων υψηλής ενέργειας και ενεργών γαλαξιακών πυρήνων.

→ Νετρίνο  από υπερκαινοφανή αστέρα ανιχνεύθηκε το 2020 και παρείχε την πρώτη άμεση παρατήρηση νετρίνων μιας έκρηξης υπερκαινοφανή σε άλλο μακρινό γαλαξία¹  Αυτό επέστρεψε στους ερευνητές να μελετήσουν τον μηχανισμό της έκρηξης με μεγάλη λεπτομέρεια.

→ Η ανίχνευση ενός επεισοδίου  νετρίνων υψηλής ενέργειας το 2021 εντοπίστηκε στον NGC1068, έναν μακρινό Seyfert γαλαξία με μια υπερμεγέθη μαύρη τρύπα στο κέντρο του σε απόσταση 47 εκατομμυρίων ετών φωτός μακριά, παρέχοντας περαιτέρω στοιχεία για τη σύνδεση μεταξύ των νετρίνων υψηλών ενεργειών και των ενεργών γαλαξιακών πυρήνων.

¹Σημειώνουμε εδώ ότι το 1987 παρατηρήθηκαν νετρίνο από τον υπερκαινοφανή 1987Α στο γαλαξία Μεγάλο νέφος του Μαγγελάνου. Ο συγκεκριμένος γαλαξίας είναι πολύ κοντά στον δικό μας.