Konstnärs målning av hur strålen av partiklar från en blazar skulle se ut (credit: DESY)
Det finns i kosmos naturliga partikelacceleratorer med närmast ofattbar kapacitet. I den kosmiska strålningen (som faktiskt utgörs av protoner och atomkärnor, inte strålar) har enskilda partiklar energier upp till
10^20 elektronvolt, miljontals gånger högre än protonerna i CERNs
LHC-accelerator. Det måste alltså finnas enormt kraftfulla acceleratorer
i universum, men hur och var accelerationen äger rum har länge varit ett mysterium. Man har hoppats att neutrinoteleskop ska kunna ge svar på frågor om detta, och därigenom nya insikter om universums mest extrema processer. I Sverige har därför forskargrupper vid Stockholms och Uppsala universitet varit intensivt engagerade i neutrinoobservatoriet IceCube sedan designstadiet åren efter sekelskiftet.
Under det gångna året gjordes ett betydande framsteg i sökandet efter de
mystiska källorna till partikelstrålningen: IceCube-kollaborationen
tillkännagav att man detekterat neutriner med hög energi med en riktning
som sammanfaller med en ljusstark galax som flammat upp i stjärnbilden
Orion. IceCube-detektorn är nedsänkt till ett djup av 2,5 km i isen vid
den geografiska sydpolen i Antarktis. Den registrerar ljus
(Tjerenkovstrålning) som bildas efter att neutriner reagerat i isen.
Neutriner med hög energi förväntas bildas tillsammans med den kosmiska
strålningen när en del av de accelererade protonerna reagerar med
omgivningen vid källan. Neutrinerna växelverkar bara svagt med materia
och är därför svårare att detektera än kosmisk strålning, men de böjs å
andra sidan inte av i magnetfälten på väg hit och pekar därför tillbaka
mot platsen där de bildats.
IceCube Laboratoriet vid Syd Polen (credit: Sven Lidström / NSF)
Den 22 september 2017 deteketerade IceCube en neutrino med en uppskattad
energi av 300 teraelektronvolt, som såg ut att komma från galaxen TXS
0506+056. Detta är en ovanlig typ av galax, en s.k. blazar, där en
gigantisk stråle av partiklar från galaxens centrum pekar direkt mot
oss. Neutrinon anlände vid en tidpunkt då blazaren var aktiv i
gammastrålning, vilket registrerats av Fermi-satelliten. En mängd andra
teleskop följde upp med observationer, och ytterligare analys av
IceCube-data visade dessutom på en period av neutrino-emission under
några månader 2014-2015, då ungefär ett dussin neutriner observerades
från samma riktning, utöver den förväntade bakgrunden.
Redan 2013 tillkännagav IceCube att man upptäckt ett kosmiskt flöde av
neutriner som når oss från alla riktningar. Storleken på detta flöde
stämmer överens med förväntningarna baserade på den uppmätta
intensiteten hos den kosmiska strålningen. Man kunde emellertid inte
identifiera enskilda källor, vilket betyder att de är många, med ett
litet bidrag från var och en. Att det nu varit möjligt att koppla
högenergineutriner till TXS 0506+056 innebär den starkaste indikationen
så här långt att aktiva galaxer i allmänhet, och blazarer i synnerhet,
accelererar några av de mest högenergetiska partiklarna i universum.