Mystiske spøkelsespartikler strømmer gjennom kroppen din: Nå vet vi mer om hvor de kommer fra
Milliarder av de merkelige partiklene passerer gjennom oss hvert sekund.
Nøytrinoer kalles også spøkelsespartikler, og de strømmer gjennom alt – også deg. Bildet er kun en illustrasjon.(Illustrasjonsfoto: Yavuz Meyveci/Shutterstock/NTB)
Henrik BendixHenrikBendixHenrik BendixJournalist i Videnskab.dk
Publisert
De kalles, med god grunn, spøkelsespartikler. For du kan ikke se dem, og de passerer gjennom alt – også kroppen din – uten å etterlate seg spor.
Nøytrinoer, som de egentlig heter, er derfor vanskelige å forstå seg på.
Når disse merkelige elementærpartiklene – altså noen av universets minste byggesteiner – suser rundt og bare veldig sjelden påvirker annet stoff, er de også vanskelige å måle.
Men fysikerne vet at alle stjerner sender ut store mengder av disse mystiske partiklene, og nå har forskere fra Niels Bohr Institutet ved Københavns Universitet kartlagt strømmen av nøytrinoer fra Melkeveiens stjerner.
Fra det indre av Melkeveien
– Vi fant ut at de fleste nøytrinoer fra andre stjerner enn sola kommer fra Melkeveiens indre deler. De sendes ut av stjerner som er på størrelse med sola eller større, sier forsker Pablo Martínez-Miravé.
– Jeg ble ganske overrasket over hvor mange av nøytrinoene som kommer fra store stjerner. Det finnes nemlig mange, mange flere små stjerner i galaksen. Men de bidrar mindre til strømmen av nøytrinoer, fortsetter Martínez-Miravé, som står bak studien sammen med professor Irene Tamborra.
Nøytrinoer – kort fortalt
Nøytrinoer er elementærpartikler, altså noen av universets fundamentale byggesteiner.
De er veldig lette, elektrisk nøytrale og beveger seg med hastigheter nær lysets.
De vekselvirker – altså interagerer – svært sjelden med andre partikler og kan lett passere uhindret gjennom hele jordkloden. Derfor kalles de spøkelsespartikler.
De dannes blant annet i kjerneprosesser i stjerner, i supernovaeksplosjoner og andre energirike kosmiske hendelser.
Milliarder av nøytrinoer passerer gjennom kroppen din hvert sekund, uten at du merker det.
Vi blir bombardert med nøytrinoer
De fleste nøytrinoene som treffer jorda, kommer fra sola. De skapes i kjerneprosesser i solas indre. Hvert eneste sekund blir hver av oss truffet av flere hundre milliarder nøytrinoer fra sola.
De to forskerne bestemte seg for å undersøke hvor mange nøytrinoer som kommer fra andre stjerner i galaksen, hvor de kommer fra og hvilken energi de har. Resultatet er publisert i tidsskriftet Physical Review D.
De fant ut at hver kvadratcentimeter av jorda blir truffet av nesten 1.300 nøytrinoer i sekundet fra stjernene. Hvert sekund passerer mer enn 10 millioner stjernenøytrinoer tvers gjennom kroppen vår, uten at vi merker det.
Naturens spøkelser er vanskelige å fange
Nøytrinoer dannes i stort antall i stjernene, og ikke minst når utbrente stjerner eksploderer som supernovaer. Det dannes også nøytrinoer i kjernereaksjoner nærmere oss, for eksempel i kjernekraftverk og ved nedbrytning av radioaktive stoffer.
Enorme nøytrinodetektorer kan fange sporene etter nøytrinoer når de en sjelden gang treffer vanlig stoff, som for eksempel vann.
Nøytrinoene er spennende fordi de kan gi et unikt innblikk i stjernenes indre. De kan avsløre hvordan lette atomkjerner smelter sammen til tyngre i de fusjonsprosessene som er stjernenes energikilde – og hvordan dette varierer med stjernens størrelse og alder.
Den nye kartleggingen er basert på teoretiske modeller av stjernene og data fra romteleskopet Gaia. Det har kartlagt Melkeveien, slik at vi nå kjenner strukturen i galaksen vår og fordelingen av stjerner i den.
Forskerne har altså ikke vært ute og telt nøytrinoene direkte, og det er det en god grunn til. Det er nemlig ennå ikke mulig å fange og gjenkjenne de nøytrinoene som kommer fra andre stjerner enn sola.
I dagens detektorer drukner signalene fra stjernenes nøytrinoer i havet av nøytrinoer fra andre kilder, særlig fra sola.
Det europeiske romteleskopet Gaia har kartlagt Melkeveien ved å fotografere et par milliarder stjerner i ti år. Nå kan disse dataene brukes til å beregne strømmen av nøytrinoer fra stjernene.(Foto: ESA/Gaia/DPAC)
Trengs nye detektorer
Dette kan endre seg med nye og mer følsomme detektorer, og da er det lurt å vite hva man skal se etter. Det er her den nye kartleggingen av nøytrinoene kan bli nyttig.
Annonse
– Hvis man vil fange nøytrinoer fra andre stjerner, må man se i retning av Melkeveiens sentrum. Det henger sammen med at det er mange store stjerner der og at tettheten av stjerner er størst nærmest Melkeveiens sentrum, sier Pablo Martínez-Miravé.
– Nå har vi forutsagt hvor mange nøytrinoer som kommer fra stjernene. Så får vi se om det stemmer med det som blir påvist i fremtidige eksperimenter. Det kan jo hende at vår forståelse av fordelingen av stjerner i galaksen eller prosessene i stjernenes indre kunne ha vært bedre, fortsetter han.
Vanskelig å skille mellom nøytrinoer
Nøytrinoforsker og doktorgradsstudent Kathrine Mørch Groth er helt enig i at nøytrinoene kan lære oss mye om stjernene i vår galakse. Det baner det nye forskningsresultatet vei for.
Spesielt er det lurt at vi kan få informasjon om stjerner vi ikke kan se på andre måter, for eksempel fordi de gjemmer seg på den andre siden av galaksens sentrum.
Men i praksis kan det bli vanskelig å måle stjernenes nøytrinoer, forklarer Groth. Hun er tilknyttet Niels Bohr Institutet, men jobber ikke sammen med Pablo Martínez-Miravé og Irene Tamborra. Hun arbeider mest med nøytrinodetektoren IceCube på Sydpolen.
Dagens nøytrinodetektorer, som for eksempel IceCube på Sydpolen, ikke fange nøytrinoer fra galaksens stjerner. De drukner i mengden.(Foto: Yuya Makino, IceCube/NSF)
– Problemet er at det er vanskelig å skille nøytrinoene fra galaksens stjerner fra dem som kommer fra sola, fra universets supernovaer, fra kjernekraftverk og fra nedbryting av radioaktive stoffer på jorda, sier hun og fortsetter:
– Forskerne nevner selv at man kan bygge en detektor langt fra atomreaktorer, på et sted hvor det heller ikke er så mange nøytrinoer fra radioaktiv nedbryting i jordskorpen. Ved å holde styr på orienteringen av jorda i forhold til sola kan man kanskje sortere bort nøytrinoene fra sola, men man vil fortsatt ha dem fra supernovaene.
Det er ingen konkrete planer om å bygge en detektor spesielt til stjernenes nøytrinoer. Men kanskje kan fremtidige detektorer som den japanske Hyper-Kamiokande eller en oppgradert versjon av den kinesiske JUNO brukes.
Det krever imidlertid at forskerne finner på lure måter å sortere i de mange dataene på, slik at stjernenøytrinoene kan skilles ut. Og så vil det vise seg om den nye, teoretiske kartleggingen passer med virkeligheten.
Alle stjerner drives av fusjon og sender ut enorme mengder nøytrinoer. Hver gang fire protoner fusjonerer til en heliumkjerne i stjernens indre, sendes det ut to nøytrinoer.(Illustrasjon: Sarang/H. Bendix)
