Hayalet parçacıkların izinde: Radyo parlamaları kozmik nötrinoların yüzde 13'ünü açıklayabilir

Evrenin en zor yakalanan parçacıklarından nötrinoların kaynağını aramada radyo teleskopları yeni bir kapı aralayabilir. Wisconsin-Whitewater Üniversitesi'nden Yjan Gordon ve meslektaşlarının 9 Ekim'de The Open Journal of Astrophysics'te yayımlanan çalışması, gökyüzündeki radyo parlamaları ile Güney Kutbu'ndaki IceCube Nötrino Gözlemevi'nin yakaladığı yüksek enerjili nötrinolar arasında rastlantıyla açıklanması zor bir çakışma fazlalığı buldu. Ekibin hesabına göre radyo parlamaları, IceCube'un gözlediği astrofiziksel nötrinoların yaklaşık yüzde 13'ünden sorumlu olabilir.

Neden bu kadar zor?

Nötrinolar neredeyse kütlesizdir ve maddeyle yalnızca çok kısa menzilli zayıf etkileşim yoluyla etkileşir. Bu yüzden ışığın geçemediği yoğun ortamlardan bile kolayca kaçabilir, evrenin en uzak köşelerinden Dünya'ya ulaşabilirler. Aynı özellik onları yakalamayı da zorlaştırıyor. IceCube, Antarktika buzunun derinliklerine yerleştirilmiş algılayıcılarla nadir etkileşimlerin ürettiği ışığı kaydediyor. Gözlemevinin son yenilemesi için buradaki haberimize bakılabilir.

Asıl güçlük nötrinonun nereden geldiğini belirlemek. Makalenin aktardığına göre bir IceCube algılamasının konum hatası tipik olarak yaklaşık 1 derece yarıçaplı, yani kabaca 3 derece karelik bir alanı kapsıyor. Derin optik taramalar bu büyüklükte bir alanda yüz binlerce kaynak görebildiği için tek bir nötrinoyu tek bir gök cismine bağlamak çoğu zaman olanaksız. Bugüne dek yüksek enerjili nötrino yaydığı belirlenen Samanyolu dışı nokta kaynak yalnızca iki: blazar TXS 0506+056 ve Seyfert gökadası NGC 1068.

Zamanlama ipucu

Ekip bu yüzden "istifleme" denen istatistiksel yola başvurdu: Tek tek zayıf eşleşmeleri çok sayıda kaynak için bir araya getirip, belirli bir kaynak türünün nötrinolarla rastlantıdan beklenenden daha sık çakışıp çakışmadığına bakmak. Radyo verisi için New Mexico'daki Very Large Array ile yürütülen ve 2017'de başlayan VLASS taramasının ilk iki dönemini kullandılar. Yaklaşık 3 gigahertzde gökyüzünün büyük bölümünü tarayan VLASS, her dönemi yaklaşık iki buçuk yıl arayla yineliyor; böylece iki gözlem arasında parlaklığı belirgin değişen kaynaklar yakalanabiliyor.

Araştırmacılar, iki VLASS gözlemi arasında parlamış kaynaklarla, tam o aralıkta algılanmış nötrinoları eşleştirdiğinde rastlantıdan beklenenden fazla çakışma buldu. Zaman kısıtı kaldırılıp tüm değişken radyo kaynaklarına bakıldığında ise fazlalık kayboluyor. Bu, ilişkinin kaynakların genel varlığıyla değil, parlama anıyla ilgili olduğuna işaret ediyor.

Gama ve X ışınında görünmeyenler

Çalışmanın dikkat çeken bir yanı tarama derinliği. Daha önceki benzer çalışmalar genellikle yüzlerce milijanskiden parlak kaynaklarla sınırlıydı; bu analiz birkaç milijanskiye, yani on kattan fazla sönük kaynaklara iniyor. Nötrinolarla eşleşen radyo parlamalarının yaklaşık yüzde 90'ı ne gama ne de X ışınında saptanmış. Yazarlara göre bu, nötrino kaynaklarının elektromanyetik karşılıklarını bulmada derin radyo gözlemlerinin kritik olduğunu gösteriyor.

Henüz kesin değil

Sonucun istatistiksel gücü sınırlı: Fazlalık 2 sigmanın üzerinde, yani fizikte keşif için genellikle aranan 5 sigma eşiğinin çok altında. Yazarlar da bulguyu kesin bir kanıt olarak değil, umut veren bir işaret olarak sunuyor. Öngörüleri, sonraki VLASS dönemlerinin verisi eklendiğinde çakışma fazlalığının 3 sigmanın üzerine çıkacağı yönünde. Nötrinoların konum belirsizliği de beklendiği gibi küçülürse, sonuçların temsil edici olması halinde güven düzeyi 5 sigmayı aşabilir. Bu doğrulanırsa radyo teleskopları, "hayalet parçacıkların" hangi kozmik olaylarda doğduğunu bulmada nötrino gözlemevlerinin önemli bir ortağı haline gelecek.