त्यांनी दक्षिण ध्रुवावरील एक घन किलोमीटर बर्फाचे रूपांतर अशा दुर्बिणीत केले, जी दूर अंतराळातून येणारे कण पकडते.
- न्यूट्रिनो विश्वातील सर्वात उग्र ठिकाणांहून थेट येतात, तरीही ते जवळजवळ कधीच कशावरही आदळत नाहीत.
- Halzen यांनी सुचवले की अंटार्क्टिकाच्या बर्फात खोलवर प्रकाश सेन्सर पुरावेत. एखादा न्यूट्रिनो खरोखर आदळतो तेव्हा होणारी दुर्मीळ चमक त्यामुळे पकडता येते.
- 2011 मध्ये पूर्ण झालेल्या IceCube ने आपल्या सूर्यमालेच्या खूप बाहेरून आलेले पहिले उच्च ऊर्जेचे न्यूट्रिनो शोधले.
आधीची समस्या
अंतराळात नैसर्गिक पार्टिकल ॲक्सिलरेटर आहेत. ते कणांना इतक्या ऊर्जेने बाहेर फेकतात की ती पृथ्वीवरील कोणत्याही प्रयोगशाळेच्या आवाक्यापेक्षा दहा लाख पटीपर्यंत जास्त असते. या स्रोतांबद्दल बरेच काही गूढ होते, अगदी ते काय आहेत आणि कुठे आहेत हेसुद्धा.
ते आपल्याकडे पाठवत असलेले विद्युतभारित कण वाटेत चुंबकीय क्षेत्रांमुळे वळतात, त्यामुळे त्यांच्या दिशेवरून काहीच कळत नाही. शिवाय प्रकाश धुळीमुळे अडू शकतो. न्यूट्रिनो सरळ रेषेत प्रवास करतात आणि धुळीतून आरपार जातात. पण ते पकडणे इतके कठीण आहे की दूर अंतराळातून येणारे दुर्मीळ उच्च ऊर्जेचे न्यूट्रिनो पाहण्याइतका मोठा डिटेक्टर कोणताच नव्हता.
हे कसे काम करते
दूरच्या एका आकाशगंगेतील महाकाय कृष्णविवराजवळ तयार झालेल्या एका उच्च ऊर्जेच्या न्यूट्रिनोची कल्पना करा. शास्त्रज्ञांना ज्या ठिकाणांचा संशय आहे, त्यापैकी हे एक आहे. हा न्यूट्रिनो अंतराळ सरळ रेषेत पार करतो. चुंबकीय क्षेत्रे त्याला वळवत नाहीत, धूळ त्याला अडवत नाही, आणि तो संपूर्ण पृथ्वीतूनही आरपार जाऊ शकतो. IceCube च्या आत, पृष्ठभागापासून 1,450 ते 2,450 मीटर खाली, बर्फातील एखाद्या अणूच्या केंद्रकावर आदळण्याची त्याला अगदी लहानशी शक्यता असते.
तसे झाले तर एक विद्युतभारित कण तयार होतो, जो बर्फातून वेगाने धावतो आणि निळ्या प्रकाशाचा एक मंद शंकू सोडतो. सर्वात स्वच्छ बर्फात हा प्रकाश शोषला जाण्यापूर्वी सुमारे 200 मीटर जाऊ शकतो, त्यामुळे अनेक सेन्सर तो पकडतात. प्रत्येक सेन्सरवर प्रकाश पोहोचण्याची वेळ न्यूट्रिनोची दिशा सांगते, आणि प्रकाशाचे प्रमाण त्याची ऊर्जा सांगते.
वातावरणही न्यूट्रिनो तयार करते, त्यामुळे एका घटनेवरून क्वचितच काही सिद्ध होते. शास्त्रज्ञ अनेक घटना गोळा करतात. मग त्यांची ऊर्जा वातावरणाऐवजी एखाद्या वैश्विक स्रोताशी जुळते का, हे तपासतात.
रात्रीच्या वेळी बोटीमागे उठणाऱ्या लाटा
एका अंधाऱ्या तलावाची कल्पना करा, ज्यावर सगळीकडे हालचाल ओळखणारे सेन्सर आहेत, आणि एक बोट आहे जी दिसत नाही. बोट दिसत नाही, पण तिच्यामागे उठणाऱ्या लाटा शंकूच्या आकारात पसरतात. प्रत्येक सेन्सरपर्यंत लाट कधी पोहोचली, याची नोंद सेन्सर करतात. त्या वेळांवरून बोट कोणत्या दिशेने जात होती, हे काढता येते. IceCube मध्ये, एखादा दुर्मीळ न्यूट्रिनो अणूवर आदळतो तेव्हा एक विद्युतभारित कण तयार होतो. तो कण बर्फात निळ्या प्रकाशाचा एक शंकू सोडतो, आणि सेन्सर त्याची वेळ अशाच प्रकारे मोजतात. ही उपमा एका ठिकाणी लागू पडत नाही: न्यूट्रिनो स्वतः कोणतीच लाट सोडत नाही, आणि जवळजवळ प्रत्येक न्यूट्रिनो कोणताही माग न ठेवता संपूर्ण डिटेक्टरमधून आरपार निघून जातो.
- यातून एका नव्या प्रकारच्या खगोलशास्त्राची सुरुवात झाली: उच्च ऊर्जेचे विश्व फक्त प्रकाशानेच नव्हे, तर न्यूट्रिनोंनीही पाहणे.
- IceCube ने वैश्विक न्यूट्रिनोंचा एक सततचा प्रवाह दाखवला, ज्यांची ऊर्जा एक पेटाइलेक्ट्रॉनव्होल्टपर्यंत पोहोचते. लार्ज हॅड्रॉन कोलायडर जिथपर्यंत पोहोचतो, त्याच्या हे खूप पलीकडे आहे.
- विशिष्ट आकाशगंगांकडे निर्देश करणारे पहिले न्यूट्रिनो याने शोधले: 2017 मध्ये TXS 0506+056, आणि 2022 मध्ये 4.6 कोटी प्रकाशवर्षे दूर असलेली NGC 1068. यापैकी कोणतीही अजून निश्चित स्रोत म्हणून सिद्ध झालेली नाही.
- 2026 मध्ये, 12 वर्षांच्या डेटाच्या आधारे, IceCube ने आपली आकाशगंगा, मिल्की वे, उच्च ऊर्जेच्या न्यूट्रिनोंचा स्रोत असल्याचे निश्चित केले. भौतिकशास्त्रज्ञ ज्याला शोध म्हणतात, त्या पातळीवर ही खात्री झाली.
- ही पद्धत पसरली: भूमध्य समुद्र, बैकल सरोवर, दक्षिण चीन समुद्र आणि कॅनडाच्या किनाऱ्याजवळ अशाच दुर्बिणी विकसित होत आहेत. आठ घन किलोमीटरचा IceCube-Gen2 देखील नियोजित आहे.
10 सेकंद
दूरच्या आकाशगंगांमधून येणारे भुताटकी कण पकडण्यासाठी त्यांनी दक्षिण ध्रुवाच्या बर्फात खोलवर प्रकाश सेन्सर पुरले, आणि ते यशस्वी झाले.
मुलाला
अंतराळातून येणारे काही अगदी लहान कण कशावरही न आदळता संपूर्ण पृथ्वीतून आरपार जातात. Francis Halzen नावाच्या एका शास्त्रज्ञाने दक्षिण ध्रुवावरील बर्फात खोलवर हजारो प्रकाश डिटेक्टर ठेवले. यातला एखादा कण बर्फावर आदळला की निळ्या प्रकाशाची एक छोटीशी चमक तयार होते, आणि डिटेक्टर ती पकडतात.
30 सेकंद
न्यूट्रिनो हे असे कण आहेत जे जवळजवळ प्रत्येक गोष्टीतून आरपार जातात, अगदी संपूर्ण पृथ्वीतूनही. त्यामुळे दूर अंतराळातील उग्र ठिकाणांकडून येणारे ते उत्तम संदेशवाहक आहेत, पण त्यांना पकडणे जवळजवळ अशक्य आहे. दक्षिण ध्रुवावरील स्वच्छ बर्फ एका महाकाय डिटेक्टरचे काम करू शकतो, हे Francis Halzen यांच्या लक्षात आले. त्यातील एक घन किलोमीटर बर्फ प्रकाश सेन्सरनी भरणाऱ्या टीमचे त्यांनी नेतृत्व केले. 2013 मध्ये IceCube ने आपल्या सूर्यमालेच्या खूप बाहेरून आलेल्या उच्च ऊर्जेच्या न्यूट्रिनोंचा पहिला पुरावा मांडला.
2 मिनिटे
विश्वात नैसर्गिक पार्टिकल ॲक्सिलरेटर आहेत, कदाचित महाकाय कृष्णविवरांच्या आजूबाजूचे भागही त्यात येतात. आपण बांधू शकतो त्या कोणत्याही गोष्टीपेक्षा ते कितीतरी जास्त शक्तिशाली आहेत. ते काय आहेत हे आपल्याला जाणून घ्यायचे आहे, पण ते जे काही पाठवतात त्यातील बहुतेक वाटेतच वळते किंवा अडते. न्यूट्रिनो वेगळे आहेत. ते सरळ रेषेत प्रवास करतात आणि धूळ, ग्रह आणि तुमच्यातूनही आरपार जातात. अडचण अशी की ते जवळजवळ कधीच कशावर आदळत नाहीत, त्यामुळे खूप मोठा डिटेक्टर लागतो. Halzen यांची कल्पना, 1988 मध्येच, दक्षिण ध्रुवाखालील बर्फ वापरण्याची होती. टीमनी गरम पाण्याने छिद्रे पाडली आणि 86 केबलवर 5,160 प्रकाश सेन्सर सुमारे अडीच किलोमीटर खोलीपर्यंत खाली सोडले. रात्रीच्या वेळी न दिसणाऱ्या एका बोटीचा विचार करा, जिच्यामागच्या लाटांचा माग पाण्यावरील सेन्सरनी घेता येतो. एखादा न्यूट्रिनो क्वचित बर्फातील अणूवर आदळतो, तेव्हा तो असा कण तयार करतो जो निळ्या प्रकाशाचा शंकू सोडतो. सेन्सर त्या प्रकाशाची वेळ मोजून न्यूट्रिनो कुठून आला हे ठरवतात. 2017 मध्ये एका न्यूट्रिनोने थेट TXS 0506+056 नावाच्या एका भडकलेल्या आकाशगंगेकडे निर्देश केला, आणि जगभरातील दुर्बिणी तिच्याकडे वळल्या. आकाश पाहण्याचा हा एक नवा मार्ग आहे.
- न्यूट्रिनो (Neutrino)
- विद्युतभार नसलेला आणि जवळजवळ वस्तुमान नसलेला एक अतिसूक्ष्म कण, जो जवळजवळ प्रत्येक गोष्टीतून आरपार जातो.
- वैश्विक किरण (Cosmic rays)
- अंतराळातून पृथ्वीवर येऊन आदळणारे विद्युतभारित कण, बहुतांश प्रोटॉन, कधी कधी प्रचंड ऊर्जेसह.
- चेरेन्कोव्ह प्रकाश (Cherenkov light)
- बर्फात प्रकाश जितक्या वेगाने जाऊ शकतो, त्यापेक्षा जास्त वेगाने विद्युतभारित कण जातो तेव्हा तो सोडतो तो मंद निळा प्रकाश.
- ऑप्टिकल मॉड्यूल (Optical module)
- IceCube चा एक सेन्सर: सुमारे 35 सेमी रुंद काचेच्या गोळ्यात ठेवलेला प्रकाश डिटेक्टर आणि इलेक्ट्रॉनिक्स.
- PeV (पेटाइलेक्ट्रॉनव्होल्ट, petaelectronvolt)
- कणांच्या ऊर्जेचे एक एकक. LHC एका प्रोटॉनला जी ऊर्जा देतो, त्याच्या शंभर पटीपेक्षाही जास्त.
- ब्लेझार (Blazar)
- महाकाय कृष्णविवर असलेली आकाशगंगा, जिच्या कणांचा झोत (जेट) जवळजवळ थेट पृथ्वीकडे रोखलेला असतो.
- मल्टी-मेसेंजर खगोलशास्त्र (Multi-messenger astronomy)
- एकाच वैश्विक घटनेचा एकाच वेळी अनेक संकेतांद्वारे अभ्यास करणे, उदाहरणार्थ प्रकाश आणि न्यूट्रिनो.
Sources, reader versions and the quiz are on the English page.