O IceCube neutrino telescópio abrange um quilômetro cúbico de gelo da Antártida claro sob o Pólo Sul, um volume semeado com uma série de 5.160 digitais sensíveis módulos ópticos (DOM), que precisamente controlar a direção ea energia de múons em alta velocidade, primos maciças do elétron, que são criados quando neutrinos colidem com os átomos no gelo.A Colaboração IceCube anunciou recentemente os resultados de uma busca exaustiva de neutrinos de alta energia que provavelmente seriam produzidos se as explosões violentas extragalácticas conhecido como explosões de raios gama (GRBs) são a fonte de ultra-alta energia dos raios cósmicos.
"De acordo com um modelo de liderança, que seria de esperar para ver 8.4 eventos correspondentes à produção GRB de neutrinos nos dados IceCube utilizados para esta pesquisa", diz Spencer Klein, do Departamento dos EUA, Lawrence Energia Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab), que é um membro de longa data da Colaboração IceCube. "Nós não vimos qualquer, o que indica que GRBs não são a fonte de ultra-alta energia dos raios cósmicos."
"Este resultado representa uma vinda de idade de astronomia de neutrinos", diz Nathan Whitehorn da Universidade de Wisconsin-Madison, que liderou a pesquisa GRB recente com Peter Redl, da Universidade de Maryland. "IceCube, embora ainda em construção, foi capaz de descartar 15 anos de previsões e começou a desafiar um dos dois únicos grandes possibilidades para a origem dos raios cósmicos de energias elevadas, ou seja, explosões de raios gama e núcleos galácticos ativos".
"Enquanto não encontrar um sinal de neutrinos provenientes de GRBs foi decepcionante, este é o resultado primeira astronomia de neutrinos que é capaz de restringir fortemente modelos extra-galácticos astrofísica e, portanto, marca o início de uma era nova e estimulante de neutrino astronomia", disse Redl.
Os raios cósmicos são partículas energéticas de fundo no espaço exterior - predominantemente prótons, os núcleos de átomos de hidrogênio nu, além de alguns mais pesados núcleos atômicos. Muito provavelmente adquirir sua energia quando naturalmente acelerado por estrelas explodindo. Alguns raros raios cósmicos embalar um wallop surpreendente, no entanto, com energias superiores a prodigiosamente o maior já atingido por feitos pelo homem, como aceleradores do CERN Large Hadron Collider. Suas fontes são um mistério.
"A natureza é capaz de acelerar partículas elementares às energias macroscópicas", diz Francis Halzen, investigador principal IceCube e um professor de física na Universidade de Wisconsin-Madison. "Há basicamente apenas duas idéias sobre como ela faz isso: nos fluxos de partículas gravitacionalmente conduzidas próxima aos buracos negros supermassivos no centro das galáxias activas, e no colapso de estrelas para um buraco negro, visto pelos astrônomos como explosões de raios gama".
"Os buracos negros sugam na matéria e ejetar enormes jatos de partículas, perpendicular ao disco galáctico, que poderia atuar como aceleradores lineares fortes", disse Klein, vice-diretor da Divisão de Berkeley Lab de Ciência Nuclear (NSD). "Alguns GRBs são considerados colapsos de estrelas supermassivos - Hypernova -, enquanto outros são pensados para ser colisões de buracos negros com outros buracos negros ou estrelas de nêutrons Ambos os tipos produzem explosões breves, mas intensas de radiação.".
As bolas de fogo maciças afastar-se da explosão quase à velocidade da luz, liberando mais de sua energia na forma de raios gama. As bolas de fogo que dão origem a esta radiação também pode acelerar as partículas a energias muito elevados através de um mecanismo semelhante ao jacto de que, em AGNs, embora comprimido em um volume muito menor.
Protões acelerados em jactos uma GRB do deve interagir com o fundo de raios-gama intensa e campos magnéticos fortes para produzir neutrinos com energias de cerca de cinco por cento da energia de protões, juntamente com muito maior de energia-neutrinos perto do fim do processo de aceleração.
Neutrinos vêm em três tipos diferentes que mudam e misture como eles viajam para a Terra, o fluxo total pode ser estimada a partir da neutrinos do múon que se concentra em IceCube. Os múons estes neutrinos criar podem viajar até 10 quilômetros através do gelo da Antártida. Assim, muitas interações de neutrinos ocorrer fora das dimensões reais da matriz IceCube mas são visíveis para detectores IceCube, efetivamente ampliando abertura do telescópio.
"A forma como busca de GRB neutrinos é que vamos construir um detector enorme e então nós apenas observar e esperar", diz Klein. "Quando se trata de neutrinos de detecção, o tamanho realmente importa."
Relógios IceCube com seus mais de 5.000 DOM, módulos ópticos digitais concebido, projetado, e comprovado por físicos de Berkeley Lab e engenheiros, que detectam a luz tênue de cada múon passagem. Os cientistas podem confiar em sua fiabilidade notável que esperar quanto tempo for necessário. Quase nenhuma falha ocorreu após os DOM foram instalados; 98 por cento estão funcionando perfeitamente e outro um por cento são utilizáveis. Agora congelado no gelo, eles nunca mais será visto novamente.
IceCube registros de um milhão de vezes mais faixas de múons que se deslocam para baixo através do gelo do que para cima, principalmente de detritos diretos raios cósmicos batidas na superfície ou produtos secundários de colisões de raios cósmicos com a atmosfera da Terra. Os múons em movimento ascendente, no entanto, os neutrinos de sinal que passaram todo o caminho através da Terra. Quando o telescópio está à procura de fontes de neutrinos brilhantes no céu do norte, o planeta faz um filtro maravilhoso.
Uma rede de satélites circunda o globo e relata quase 700 GRBs cada ano, o que facilmente se destacam do fundo cósmico. Eles estão cronometrado, suas posições são trianguladas, e os dados são distribuídos por um grupo internacional de pesquisadores. Alguns incêndio há menos de dois segundos e outros por alguns minutos. Neutrinos que produzem deve chegar ao IceCube durante a explosão ou próximo a ela.
"Timing IceCube de precisão e resolução de carga, além de seu grande tamanho, permitir determinar com precisão onde um neutrino vem - muitas vezes dentro de um grau", diz Lisa Gerhardt de Berkeley Lab, cuja investigação tem incidido sobre a detecção ultra-alta energia neutrino interações. Com efeito, um neutrino GRB deve enviar uma faixa muon através do gelo com uma resolução angular de cerca de um grau em relação à posição do GRB no céu.
Pesquisadores IceCube peneirado através de dados em 307 GRBs de dois períodos em 2008 e 2009, quando IceCube ainda estava em construção, procurando registos de trilhas muões coincidentes no tempo e no espaço com GRBs. (Quarenta e cordas, com 60 cada, DOM havia sido instalado em 2008, e 59 cordas em 2009. O IceCube terminou tem 86 cordas.) O modelo de bola de fogo previu que quando o fluxo esperado de todas as amostras foram somados, pelo menos, 8,4 relacionada eventos múon seria encontrada dentro de 10 graus de um GRB durante os segundos ou minutos, quando estava em chamas vivas.
"Os cálculos diferentes do fluxo de neutrinos de GRBs são baseados em hipóteses ligeiramente diferentes sobre como os neutrinos são produzidos e incertezas, tais como a velocidade da bola de fogo está se movendo em direção a nós", diz Klein. "Entre as previsões publicadas, a menor estimativa de produção de neutrinos é de cerca de um quarto do que o modelo prevê bola de fogo. Isso é apenas consistente com nossas observações zero."
"Depois de observar explosões de raios gama durante dois anos, não ter detectado os neutrinos indicadores para a aceleração dos raios cósmicos", disse Halzen.
Se é provável que GRBs não estão à altura da tarefa de acelerar os raios cósmicos de ultra-alta energia, quais são as opções? Klein aponta para um fato importante sobre aceleradores naturais: um objeto pequeno, girando rapidamente deve acelerar partículas muito rapidamente, o que requer um ambiente extremamente densa de energia, e há muitas maneiras de as partículas podem perder energia durante o processo de aceleração.
"Mas lembre-se outro modelo popular de ultra-alta energia dos raios cósmicos, núcleos galácticos ativos", diz Klein. "GRBs são pequenas, mas AGNs são grandes -. Grandes aceleradores grandes que podem ser capazes de acelerar partículas a energias muito elevadas sem perda significativa"
AGNs são a verdadeira fonte dos raios cósmicos de energias elevadas? IceCube tem procurado neutrinos de núcleos galácticos ativos, mas como ainda os conjuntos de dados não são sensíveis o suficiente para estabelecer limites significativos. Por enquanto, IceCube não tem nada a dizer sobre o assunto - além do fato de que o modelo de bola de fogo de GRBs não pode cumprir as especificações.
A radiação de AGN acredita-se ser um resultado de acreção de massa pelo buraco negro no centro da galáxia hospedeiro. AGN são as fontes mais luminosas persistentes de radiação eletromagnética no universo.
A imagem no topo da página do satélite Swift da NASA e os japoneses / Estados Unidos Suzaku X-ray Observatory revela uma nova classe de núcleos ativos de galáxias (AGN) em 2007. Esses objetos são tão pesadamente envolta em gás e poeira que a luz praticamente não sai. Apenas os de alta energia raios-X pode perfurar através da camada espessa tal. Esses objetos compreendem cerca de 20 por cento das fontes pontuais no fundo de raios-X, um brilho de raios-X de radiação que penetra o nosso Universo. Isso implica que deve haver um grande número de ainda não reconhecidas NGAs obscurecidos no universo local.
Mais informações: "A ausência de neutrinos associados com a aceleração dos raios cósmicos em explosões de raios gama", de R. Abbasi et al (a Colaboração IceCube), aparece no 19 de abril de 2012, da revista Nature. http://www.nature. E ... / index.htmlO Galaxy diário via Lawrence Berkeley National Laboratory
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