Lần đầu tiên, các nhà thiên văn học đã lắp ráp một bức chân dung phát sáng của dải Ngân hà bằng cách sử dụng các “hạt ma” vũ trụ được phát hiện bởi kính viễn vọng nhúng trong băng ở Nam Cực.
Trong những năm qua, các nhà thiên văn học đã trưng bày những hình ảnh tuyệt đẹp về Dải Ngân hà thông qua bức xạ điện từ từ ánh sáng khả kiến hoặc sóng vô tuyến. Nhưng đây là một góc nhìn mới về thiên hà của chúng ta dựa trên các hạt vật chất chứ không phải năng lượng.
Cái gọi là hạt ma là neutrino. Những hạt vũ trụ nhỏ bé, năng lượng cao này thường được gọi là hạt ma vì chúng cực kỳ ở dạng hơi và có thể xuyên qua bất kỳ loại vật chất nào mà không thay đổi.
Nghiên cứu được công bố hôm thứ Năm trên tạp chí Science.
“Tôi nhớ mình đã nói, ‘Tại thời điểm này trong lịch sử loài người, chúng ta là những người đầu tiên nhìn thấy thiên hà của mình dưới bất kỳ hình thức nào khác ngoài ánh sáng’,” đồng tác giả nghiên cứu Naoko Kurahashi Neilson, phó giáo sư vật lý tại Đại học Drexel, cho biết trong một tuyên bố phản ánh. khi cô ấy và hai nghiên cứu sinh lần đầu tiên nhìn thấy hình ảnh.
Neutrino hầu như không có khối lượng và có thể di chuyển qua những môi trường khắc nghiệt nhất—bao gồm các ngôi sao, hành tinh và toàn bộ thiên hà—và hoàn toàn không thay đổi cấu trúc của chúng. Có vẻ như hàng tỷ trong số chúng đi qua chúng ta mỗi ngày và chúng ta không cảm thấy chúng.
Các hạt ma rất khó phát hiện vì chúng không thường xuyên tương tác với môi trường xung quanh, nhưng chúng tương tác với băng. Và mật độ băng cao nhất trên Trái đất có thể được tìm thấy ở Nam Cực.
Một nhóm các nhà khoa học quốc tế đã sử dụng Đài quan sát Neutrino IceCube tại Trạm Nam Cực Amundsen–Scott của Quỹ Khoa học Quốc gia ở Nam Cực để phát hiện neutrino và truy tìm nguồn gốc của chúng.
Một cách băng giá để nghiên cứu vũ trụ
Máy dò IceCube, bắt đầu hoạt động vào năm 2010, là máy dò lớn nhất thuộc loại này. Đài quan sát có thể theo dõi 1 tỷ tấn băng ở Nam Cực để tìm các tương tác neutrino. Để chế tạo máy dò, các công nhân đã khoan 86 lỗ trên băng, mỗi lỗ sâu 1,5 dặm (2,4 km) và trải một mạng lưới gồm 5.160 cảm biến ánh sáng trên một mạng lưới kéo dài 0,2 dặm khối (1 km khối).
Khi neutrino tương tác với băng, chúng tạo ra các kiểu ánh sáng mờ nhạt mà IceCube phát hiện được. Một số kiểu ánh sáng chỉ ra các vùng cụ thể trên bầu trời, cho phép các nhà thiên văn học lần theo nguồn gốc của chúng. Trong một trường hợp năm 2018, các nhà khoa học đã có thể sử dụng IceCube để truy tìm nguồn gốc của một hạt neutrino di chuyển 3,7 tỷ năm ánh sáng tới Trái đất.
Nhưng những tương tác khác giữa neutrino và băng chỉ tạo ra “những quả cầu ánh sáng mờ”, khiến việc truy tìm đường đi của chúng đến Trái đất trở nên khó khăn hơn nhiều, Kurahashi Neilson cho biết.
Cùng với nhau, cô và các sinh viên tiến sĩ Steve Sclafani tại Đại học Drexel và Mirco Hünnefeld tại Đại học TU Dortmund của Đức đã tạo ra một thuật toán học máy để so sánh kích thước, năng lượng và vị trí tương đối của hơn 60.000 mẫu ánh sáng neutrino được IceCube phát hiện trong hơn 10 năm.
Bộ ba đã dành hơn hai năm để thử nghiệm thuật toán trước khi cung cấp cho nó dữ liệu IceCube. Kết quả cuối cùng là một hình ảnh hiển thị các điểm sáng trên Dải Ngân hà có khả năng phát ra neutrino, tạo ra một bức chân dung mới về thiên hà của chúng ta.
Chad Finley, đồng tác giả nghiên cứu, phó giáo sư vật lý tại Đại học Stockholm và thành viên nhóm IceCube, cho biết: “Việc nhìn thấy thiên hà của chúng ta với neutrino là điều mà chúng tôi mơ ước, nhưng điều đó dường như nằm ngoài tầm với của dự án của chúng tôi trong nhiều năm tới”. . “Điều làm nên kết quả này ngày hôm nay là cuộc cách mạng trong Học máy, cho phép chúng tôi khám phá dữ liệu sâu hơn nhiều so với trước đây.”
Một số vị trí được xác định chính xác trong ảnh cũng là nơi các tia gamma được quan sát trước đó được tạo ra khi các tia vũ trụ va chạm với khí và bụi thiên hà. Những tương tác như vậy cũng được cho là tạo ra neutrino, nhưng việc xác định các nguồn neutrino cụ thể là mục tiêu chính của các nhà nghiên cứu trong tương lai.
“Một bản sao neutrino hiện đã được đo, do đó xác nhận những gì chúng ta biết về thiên hà của chúng ta và các nguồn tia vũ trụ,” Sclafani nói.
Đuổi theo bí ẩn vũ trụ
Các nhà nghiên cứu hiện tin rằng sau khi nhìn thấy hình ảnh rằng các tương tác tia vũ trụ diễn ra mạnh mẽ hơn ở trung tâm thiên hà.
Các tia vũ trụ, các hạt năng lượng cao nhất trong vũ trụ, bắn phá Trái đất từ không gian bằng bức xạ. Những hạt ion hóa này trong bầu khí quyển của chúng ta được phát hiện lần đầu tiên cách đây hơn 100 năm, vào năm 1912, bởi nhà vật lý Victor Hess. Ông xác định rằng chúng đến từ không gian.
Theo NASA, các tia vũ trụ chủ yếu được tạo thành từ các proton hoặc hạt nhân nguyên tử đã bị tách ra khỏi các nguyên tử .
Nhưng những tia này đã khiến các nhà khoa học bối rối kể từ khi khám phá ra chúng. Chúng đến từ đâu, cái gì đã tạo ra và phóng chúng đi khắp vũ trụ? Neutrino có thể cho chúng ta biết.
Giờ đây, nhóm nghiên cứu muốn điều tra các nguồn neutrino cụ thể trên khắp thiên hà.
“Lần đầu tiên quan sát thiên hà của chúng ta bằng cách sử dụng các hạt thay vì ánh sáng là một bước tiến lớn,” Kurahashi Neilson nói.
“Khi thiên văn học neutrino phát triển, chúng ta sẽ có một thấu kính mới để quan sát vũ trụ. Đây là lý do tại sao chúng tôi làm những gì chúng tôi làm. Để thấy những điều chưa ai từng thấy, và để hiểu những điều chúng ta chưa hiểu.”
Phương Linh – Báo Mỹ
Leave a comment