Banebrydende kortlægning: Så mange spøgelsespartikler sender alle Mælkevejens stjerner mod Jorden

De kaldes spøgelsespartikler. For de er over det hele, og trillioner af dem farer konstant gennem alt – vores kroppe, vores jordklode, ja, hele Kosmos - uden at vi ænser dem. De såkaldte neutrinoer, som de rigtigt hedder, er nemlig elementarpartikler, som er usynlige, ekstremt lette og som meget sjældent interagerer med andet stof. Derfor er de også uhyre svære at måle. Men når det en sjælden gang lykkes, kan de give os mageløse indsigter om universet.

De gådefulde neutrinoer bliver til i voldsomme kosmiske begivenheder – bl.a. i kernereaktioner inde i stjerner. Nu har forskere fra Københavns Universitet i den mest omfattende model til dato kortlagt, hvor mange neutrinoer, som alle stjernerne i vores egen Mælkevej producerer, og hvor mange der når Jorden – et samlet billede, som kun var groft skitseret indtil nu. Studiet er netop udkommet i det videnskabelige tidsskrift Physics Review D.

“Det er første gang, vi har et konkret bud på, hvor mange af disse partikler, der faktisk når Jorden, hvor i galaksen de kommer fra, og hvordan deres energi fordeler sig. Fordi spøgelsespartikler kommer direkte fra stjernernes kerner, kan de fortælle os ting, som lys og anden stråling ikke kan,” siger førsteforfatteren til det nye studie, postdoc Pablo Martínez-Miravé fra Niels Bohr Institutet. 

”Landkort” til observatorierne

Forskerne har kombineret avancerede stjernemodeller med data fra blandt andet ESA’s Gaia-teleskop for at kortlægge, hvor i Mælkevejen neutrinoerne især kommer fra.

Studiet viser, at langt størstedelen stammer fra området rundt om galaksens centrum, hvor de fleste stjerner befinder sig – især i regioner nogle tusinde lysår fra Jorden.

Og den viden er et konkret værktøj for de forskere, der forsøger at opsnappe spøgelsespartikler med kæmpemæssige detektorer, som ofte er placeret dybt under jorden. For med den nye kortlægning kan de øge deres chancer for at ”ramme rigtigt”.

”Nu ved vi mere præcist, hvor man skal kigge efter dem. For vores resultater viser, at de fleste neutrinoer bliver skabt i stjerner, der er lige så tunge eller tungere end Solen. Derfor kan vi nu sige, at der er størst chance for at opfange signaler fra neutrinoer, hvis man kigger i retning af galaksens centrum – der er signalet stærkest,” fortæller Pablo Martínez-Miravé.

Kan fortælle os om stjernernes indre - og måske opdage ny fysik

Hvor traditionel astronomi bygger på lys, røntgenstråler og gammastråler, er neutrinoer en helt anden måde at udforske Universet på. Det særligt ’smarte’ ved dem er, at de kan rejse enorme afstande uden at blive påvirket undervejs, så når vi måler dem her på Jorden, får vi et meget direkte indblik i, hvad der sker derude.

Ligesom vi i årtier har vidst, hvad der foregår inde i Solens kerne takket være neutrinoer, er forskernes håb, at det samme kan ske med alle de øvrige stjerner, der er meget længere væk fra os.

”Neutrinoer bærer på information direkte fra de processer, der foregår dybt inde i stjerner. Hvis vi lærer at udnytte dem, kan de give os ny indsigt i både stjerners livscyklus og galaksens opbygning på en måde, som ingen andre kilder kan,” siger seniorforfatteren til det nye studie, professor Irene Tamborra fra Niels Bohr Institutet.

Udover at udvide vores forståelse af stjerner og vores egen galakse kan denne viden på længere sigt påvirke fundamentale spørgsmål i fysik. Neutrinoer interagerer så svagt med sine omgivelser, at de potentielt kan afsløre nye fysiske love, som traditionelle eksperimentelle teknikker aldrig vil være følsomme nok til at opdage.

“Fordi neutrinoer næsten ikke påvirkes, har vi klare forventninger til hvordan de opfører sig under deres lange rejse mod Jorden. Derfor bliver selv små afvigelser i deres opførsel et stærkt fingerpeg om ny, ukendt fysik,” siger Irene Tamborra og slutter:

”Med neutrinoer er det som at skrue lyset ned i et rum og pludselig kunne se det, der før var skjult i mørket – og med denne nye model får vi både et kort og et kompas til at begynde at navigere i det.”

HVAD VISER KORTLÆGNINGEN?

• Modellen er det første samlede kort over neutrinoer fra alle Mælkevejens stjerner.
• Den nye kortlægning viser, at strømmen af neutrinoerne spænder over et bredt energispektrum og inkluderer bidrag fra både lette, mellemstore og meget massive stjerner.
• Stjerner tættere på galaksens centrum bidrager mest til den samlede neutrino-strøm mod Jorden.
• Neutrino-produktionen varierer med stjernernes alder og masse: yngre stjerner, der er tungere ned Solen, producerer flest neutrinoer.
• De fleste neutrinoer opstår i kernereaktioner, mens en del bliver skabt i termiske processer i stjernernes indre.

HVAD ER EN NEUTRINO?

• En neutrino er en elementarpartikel - en af de mindste byggesten i universet.
• Neutrinoer er usynlige, ekstremt lette, elektrisk neutrale og interagerer kun sjældent med stof.
• De dannes bl.a. i kernereaktioner i stjerner, i supernova-eksplosioner og andre energirige kosmiske begivenheder.
• Milliarder af neutrinoer passerer gennem din krop hvert sekund uden, at du mærker det.
• Fordi de næsten ikke påvirkes af andre kræfter, kan neutrinoer give direkte information om processer dybt inde i stjerner og om universets opståen.