Podaci koje je prikupila opservatorija na Antarktiku proizveli su naš prvi pogled na galaksiju Mlečni put kroz sočivo čestica neutrina. Ovo je prvi put da vidimo našu galaksiju „oslikanu“ česticom, a ne različitim talasnim dužinama svetlosti.
Rezultat, objavljen u časopisu Science, pruža istraživačima novi prozor u kosmos. Smatra se da neutrini nastaju, delom, od strane visokoenergetskih, naelektrisanih čestica koje se nazivaju kosmičkim zracima koji se sudaraju sa drugom materijom. Zbog ograničenja naše opreme za detekciju, još uvek mnogo toga ne znamo o kosmičkim zracima. Stoga su neutrini još jedan način njihovog proučavanja.
Od antike se spekulisalo da se Mlečni put koji vidimo kako se savija preko noćnog neba sastoji od zvezda poput našeg sunca. U 18. veku je prepoznato kao spljoštena ploča zvezda koju posmatramo iznutra. Prošlo je samo 100 godina otkako smo saznali da je Mlečni put u stvari galaksija, ili „ostrvski univerzum“, jedna od stotinu milijardi drugih.
Godine 1923. američki astronom Edvin Habl identifikovao je vrstu pulsirajuće zvezde nazvane „promenljiva Cefeida“ u onome što je tada bilo poznato kao Andromedina „maglina“ (džinovski oblak prašine i gasa). Zahvaljujući prethodnom radu Henrijete Svon Livit, ovo je obezbedilo meru udaljenosti od Zemlje do Andromede.
Ovo je pokazalo da je Andromeda daleka galaksija poput naše, rešavajući dugotrajnu debatu i potpuno transformišući našu predstavu o našem mestu u univerzumu.
Nakon toga, kako su se novi astronomski prozori otvorili ka nebu, videli smo naš galaktički dom u mnogo različitih talasnih dužina svetlosti – u radio talasima, u različitim infracrvenim opsezima, u rendgenskim zracima i u gama zracima. Sada možemo videti naše kosmičko prebivalište u česticama neutrina, koje imaju veoma malu masu i veoma slabo reaguju sa drugom materijom — otuda i njihov nadimak „čestice duhova“.
Neutrini se emituju iz naše galaksije kada se kosmički zraci sudare sa međuzvezdanom materijom. Međutim, neutrine takođe proizvode zvezde poput sunca, neke zvezde koje eksplodiraju ili supernove, a verovatno i većina visokoenergetskih fenomena koje posmatramo u univerzumu, kao što su eksplozije gama zraka i kvazari. Dakle, oni nam mogu pružiti neviđen pogled na visokoenergetske procese u našoj galaksiji – pogled koji ne možemo dobiti samo korišćenjem svetlosti.
Novo otkriće proboja zahtevalo je prilično čudan „teleskop“ koji je zakopan nekoliko kilometara duboko u ledenoj kapi Antarktika, ispod Južnog pola. IceCube Neutrino opservatorija koristi gigatonu ultra-transparentnog leda pod ogromnim pritiscima da otkrije oblik energije koji se zove Čerenkovljevo zračenje.
Ovo slabo zračenje emituju naelektrisane čestice, koje u ledu mogu da putuju brže od svetlosti (ali ne u vakuumu). Čestice nastaju dolazećim neutrinama, koji dolaze od sudara kosmičkih zraka u galaksiji, udarajući u atome u ledu.
Kosmički zraci su uglavnom protonske čestice (one čine atomsko jezgro zajedno sa neutronima), zajedno sa nekoliko teških jezgara i elektrona. Pre otprilike jednog veka, otkriveno je da ovi padaju na Zemlju ravnomerno iz svih pravaca. Još uvek ne znamo definitivno sve njihove izvore, pošto su njihovi pravci putovanja šifrovani magnetnim poljima koja postoje u prostoru između zvezda.
Neutrini mogu delovati kao jedinstveni tragači interakcija kosmičkih zraka duboko u Mlečnom putu. Međutim, sablasne čestice se takođe generišu kada kosmički zraci udare u Zemljinu atmosferu. Tako je istraživačima koji su koristili podatke IceCube-a bio potreban način da naprave razliku između neutrina „astrofizičkog“ porekla — onih koji potiču iz vanzemaljskih izvora — i onih koji su nastali sudarima kosmičkih zraka u našoj atmosferi.
Istraživači su se fokusirali na vrstu interakcije neutrina u ledu nazvanu kaskada. Oni rezultiraju otprilike sfernim pljuskovima svetlosti i daju istraživačima bolji nivo osetljivosti na astrofizičke neutrine iz Mlečnog puta. To je zato što kaskada pruža bolje merenje energije neutrina od drugih vrsta interakcija, iako ih je teže rekonstruisati.
Analiza desetogodišnjih IceCube podataka korišćenjem sofisticiranih tehnika mašinskog učenja dala je skoro 60.000 neutrina sa energijom iznad 500 gigaelektronvolta (GeV). Od toga, samo oko 7% je bilo astrofizičkog porekla, a ostalo je posledica „pozadinskog” izvora neutrina koji se stvaraju u Zemljinoj atmosferi.
Hipoteza da bi svi neutrinski događaji mogli biti posledica kosmičkih zraka koji udaraju u Zemljinu atmosferu je definitivno odbačena na nivou statističke značajnosti poznatom kao 4,5 sigma. Drugim rečima, naš rezultat ima samo oko 1 od 150.000 šanse da bude slučajnost.
Ovo je malo manje od konvencionalnog standarda od 5 sigma za tvrdnju o otkriću u fizici čestica. Međutim, takva emisija iz Mlečnog puta se očekuje na zdravim astrofizičkim osnovama.
Sa predstojećim proširenjem eksperimenta — IceCube-Gen2 će biti deset puta veći — dobićemo mnogo više neutrina i trenutna mutna slika će se pretvoriti u detaljan prikaz naše galaksije, kakav nikada ranije nismo imali.
