(DESY, Wissenschaftskommunikationslabor) Ein Stern, der völlig auseinandergerissen wurde, als er sich zu nahe an a heranwagte schwarzes Loch hat der Wissenschaft ein seltenes Geschenk gemacht. Wissenschaftler haben erstmals eine hohe Energie nachgewiesen Neutrino das während eines dieser gewalttätigen Ereignisse in den Weltraum geschleudert wurde.
Das winzige Teilchen bringt uns nicht nur näher daran, herauszufinden, wo genau die energiereichsten Teilchen im Universum geboren werden; Es zeigt, dass durch Gezeitenstörungen von Schwarzen Löchern leistungsstarke natürliche Teilchenbeschleuniger entstehen können.
„Der Ursprung der kosmischen Hochenergie.“ Neutrinos ist unbekannt, vor allem weil sie bekanntermaßen schwer zu fassen sind“, sagte der Astrophysiker Sjoert van Velzen der Universität Leiden in den Niederlanden.
„Dieses Ergebnis wäre erst das zweite Mal, dass hochenergetische Neutrinos bis zu ihrer Quelle zurückverfolgt werden können.“
Den Tod eines Sterns durch ein Schwarzes Loch zu beobachten, ist ziemlich selten, aber wir haben ihn oft genug gesehen, um ungefähr zu wissen, wie dieser Prozess abläuft. Ein verirrter Stern kommt einem Schwarzen Loch so nahe, dass er von dessen Schwerkraft erfasst wird. Das Kolossale Gezeitenkraft des Schwarzen Lochs – das Produkt seines Gravitationsfeldes – dehnt sich zunächst aus und zieht dann den Stern so stark, dass er auseinandergerissen wird.
Dieses Tidal Disruption Event (TDE) setzt einen strahlenden Lichtstrahl frei, der hell leuchtet, während die Hälfte der Trümmer des zerfallenen Sterns um das Schwarze Loch wirbelt und enorme Hitze erzeugt, bevor es unaufhaltsam über den Ereignishorizont hinausgezogen wird. Die andere Hälfte der Trümmer wird in den Weltraum geschleudert.
Genau solch ein Aufflackern und Leuchten wurde am 9. April 2019 auf der Erde beobachtet.
Die Veranstaltung heißt AT2019dsg , wurde von einem supermassiven Schwarzen Loch mit der 30-Millionen-fachen Sonnenmasse (die Masse des supermassiven Schwarzen Lochs unserer Milchstraße beträgt 4 Millionen Sonnenmassen) aus einer Entfernung von 750 Millionen Lichtjahren emittiert. Es leuchtete sowohl optisch als auch im Innenbereich prächtig Röntgen Spektren und wurde später im entdeckt Funkspektrum .
Knapp sechs Monate später, am 1. Oktober 2019, wurde am IceCube-Neutrino-Detektor in der Antarktis ein weiterer Nachweis erbracht: eines der energiereichsten Neutrinos, die bisher entdeckt wurden. Es erhielt den Namen IC191001A.
„Es schlug mit einer bemerkenswerten Energie von mehr als 100 Teraelektronenvolt in das antarktische Eis ein“ sagte die Astronomin Anna Franckowiak des Deutschen Elektronen-Synchrotrons (DESY) und der Universität Bochum in Deutschland.
„Zum Vergleich: Das ist mindestens das Zehnfache der maximalen Teilchenenergie, die im weltweit leistungsstärksten Teilchenbeschleuniger, dem Large Hadron Collider am europäischen Teilchenphysiklabor CERN in der Nähe von Genf, erreicht werden kann.“
Und es kam aus der Richtung von AT2019dsg.
Neutrinos sind faszinierende kleine Dinge. Ihre Masse ist nahezu Null, sie bewegen sich nahezu mit Lichtgeschwindigkeit und sie interagieren nicht wirklich mit normaler Materie; Für ein Neutrino wäre das Universum nahezu körperlos. Tatsächlich sausen gerade Milliarden von Neutrinos durch Sie hindurch. Aus diesem Grund werden sie auch „Geisterteilchen“ genannt.
Das bedeutet jedoch nicht, dass sie nicht mit Materie interagieren können, und so erkennt IceCube sie. Hin und wieder kann ein Neutrino mit dem Eis interagieren und einen Lichtblitz erzeugen. Mit Detektoren, die tief in die Dunkelheit des antarktischen Eises getunnelt sind, fallen diese Blitze wirklich auf.
Anhand von Merkmalen wie der Lichtausbreitung und der Helligkeit können Wissenschaftler ermitteln, wie energiereich das Neutrino ist und aus welcher Richtung es kam. Zuvor haben Wissenschaftler ein extragalaktisches hochenergetisches Neutrino aufgespürt Zurück zu einer Blazar-Galaxie , 4 Milliarden Lichtjahre entfernt.
Als Wissenschaftler IC191001A analysierten, stellten sie fest, dass die Wahrscheinlichkeit, dass es nicht mit AT 2019dsg assoziiert war, nur 0,2 Prozent betrug.
„Dies ist das erste Neutrino, das mit einer Gezeitenstörung in Verbindung gebracht wird, und es liefert uns wertvolle Beweise.“ sagte der Astronom Robert Stein von DESY.
„Gezeitenstörungsereignisse sind nicht gut verstanden.“ Der Nachweis des Neutrinos deutet auf die Existenz eines zentralen, leistungsstarken Motors in der Nähe der Akkretionsscheibe hin, der schnelle Teilchen ausspuckt. Und die kombinierte Analyse von Daten von Radio-, optischen und Ultraviolett-Teleskopen liefert uns zusätzliche Beweise dafür, dass das Gezeitenstörungsereignis wie ein gigantischer Teilchenbeschleuniger wirkt.“
Der wahrscheinlichste Schuldige sind laut einer zweiten Veröffentlichung über das Neutrino die relativistischen Plasmastrahlen, die aus den Polregionen eines aktiv akkretierenden Schwarzen Lochs austreten. Wie das geschieht, ist unklar, aber denken Astronomen Dieses Material aus dem inneren Teil der Akkretionsscheibe (jedoch außerhalb des Ereignishorizonts) wird über magnetische Feldlinien rund um die Außenseite des Schwarzen Lochs zu den Polen gelenkt und von dort ausgeschleudert.
Aktuelle Simulationen schlugen vor, dass, wenn sich Magnetfelder in diesen Jets verschränken, sie ein elektrisches Feld erzeugen, das Teilchen auf relativistische Geschwindigkeiten – nahe an der Lichtgeschwindigkeit – beschleunigen kann. Diese Jets können Hunderte von Tagen anhalten, was erklärt, warum das Neutrino sechs Monate nach der ersten Entdeckung eintraf.
Es ist ein großartiges Ergebnis, das auf wunderbare Weise zeigt, was wir entdecken können, wenn wir verschiedene Sichtweisen auf den Kosmos kombinieren.
„Die kombinierten Beobachtungen zeigen die Leistungsfähigkeit der Multi-Messenger-Astronomie“, sagte der Astrophysiker Marek Kowalski von DESY und der Humboldt-Universität in Deutschland.
„Ohne die Entdeckung der Gezeitenstörung wäre das Neutrino nur eines von vielen.“ Und ohne das Neutrino wäre die Beobachtung der Gezeitenstörung nur eine von vielen. „Nur durch die Kombination konnten wir den Beschleuniger finden und etwas Neues über die Prozesse darin erfahren.“
Die beiden Artikel wurden in veröffentlicht Naturastronomie Hier Und Hier .