Tiede

Universumin huikein onnenkantamoinen: hiukkanen osui tutkijoiden vesimolekyyliin miljardeja vuosia matkattuaan ja paljasti röyhtäilevän mustan aukon

Kosmisen neutriinon lähtöpaikka pystyttiin paikantamaan nyt ensimmäisen kerran. Suomalaisia tutkijoita on ollut mukana löydössä, joka avaa kosmisen säteilyn salaisuuksia.

Sitä voi sanoa kaikkien aikojen täysosumaksi. Kaukaa toisen galaksin keskustasta tullut neutriino-alkeishiukkanen osui 22. syyskuuta 2017 yhteen vesimolekyyliin.

Vesimolekyyli oli syvällä Etelämantereen ikijäässä, jossa tutkijoiden valonilmaisimet rekisteröivät neutriinon osumasta seuranneita välähdyksiä.

Yleensä neutriinot välttelevät havaituksi tulemista, etenkin energiset eli äärimmäisen no­peat.

Hälytys havainnosta lähti Etelämantereelta heti maailman observatorioihin. Kymmenet teleskoopit suunnattiin taivaalle. Ne alkoivat jäljittää, mistä kosminen neutriino tuli.
Mainos (Teksti jatkuu alla)
Mainos päättyy

Kosmisella neutriinolla tarkoitetaan aurinkokunnan ulkopuolelta tulevaa neutriinoa erotuksena esimerkiksi Auringosta tulevaan neutriinoon.

Tavallisia neutriinoita havaitaan päivittäin, mutta suurienergisiä kosmisia ehkä vain kerran kuukaudessa – eikä niiden lähtöpaikkaa ole ennen tiedetty.

Tällä kerralla ikijäässä näkyneistä välähdyksistä tiedettiin aika tarkasti, missä suunnassa lähtöpaikka on. Teleskoopit suunnattiin Kuun kokoiselle alueelle pohjoiselle taivaalle Orionin tähdistön lähelle.

Alueen keskeltä löytyi kohde, josta kosminen neutriino todennäköisesti lähti. Vajaan neljän miljardin valovuoden päässä on blasaari eli rajusti säteilyä röyhtäilevä musta aukko galaksin keskustassa. Se sylkäisi havaitun energisen neutriinon.



Se oli ällistyttävä onnistuminen, josta kerrottiin heinäkuussa. Kosmisen neutriinon lähtöpaikka selvitettiin nyt ensimmäisen kerran. Mukana oli myös Turun yliopiston tutkijoita, jotka ovat tutkineet blasaareita.

”Löytö kertoo, että blasaareista lähtee kosmisia säteitä, joiden alkuperää on jäljitetty kymmeniä vuosia”, erikoistutkija Elina Lindfors Turun yliopistosta sanoo.

Maailmankaikkeudesta tännekin kiitävät kosmiset suurienergiset hiukkaset ovat pitkälti protoneita – niitä tuttuja atomiydinten peruspalikoita.

Neutriinojen synty liittyy aina protonien vuorovaikutukseen. Hyvin erikoisissa ympäristöissä kuten blasaarin plasmasuihkuissa tavataan vuorovaikutuksia, joita ei tavata maapallolla tai edes Auringossa. Ketju on monimutkainen, mutta lyhyesti sanottuna: siellä missä energinen neutriino, siellä myös energinen protoni.

Lindfors on havainnut useita blasaareita Kanariansaarten La Palma -saarella sijaitsevalla Magic-teleskoopilla. Sillä oli tärkeä rooli myös tämän neutriinon lähtöpaikan selvityksessä.

Kosmisen neutriinon matka kaukaisesta blasaarista maapallolle havaintolaitteeseen uhmaa käsityskykyä.

Matkan pituudesta kertoo esimerkiksi se, että yksisoluiset ­eliöt alkoivat ilmaantua maapallolle vasta parisataa miljoonaa vuotta sen jälkeen, kun neutriino lähti matkaan.

Se kiisi vajaat neljä miljardia vuotta läpi universumin tyhjyyden, ohi vetypilvien, eksoottisten planeettojen ja tuntemattomien tähtien ennen osumistaan Etelämantereella atomiin. Maapallo sattui osumaan neutriinon reitille.

Neutriino kiisi kirjaimellisesti läpi avaruuden, koska neutriinot ovat niin haamumaisia, että ne yleensä läpäisevät kaiken aineen jättämättä jälkeäkään.

Neutriinoita kiitää myös maapallon läpi koko ajan ja aivan hirvittäviä määriä. Niitä painelee meidän lävitsemme miljardeja joka sekunti.

Valtaosa neutriinoista on peräisin ilmakehästä, jossa niitä syntyy kaasujen ja energisten kosmisten hiukkasten törmäyksissä. Neutriinoja tulee myös ydinreaktioista, kuten Auringosta.

Ice Cube -havaintolaite tehtiin havaitsemaan energisiä kosmisia neutriinoja muun neutriinosaasteen seasta.

Se on todella vaikeaa. Neutriinoilla ei ole sähkövarausta, joten sähkökentät tai magneetit eivät vaikuta niihin. Painovoima vaikuttaa niihin hyvin vähän, koska neutriinot ovat lähes massattomia.

Ne tuntevat perusvoimista vain heikon vuorovaikutuksen, jonka kantama on olemattoman lyhyt. Neutriinon pitää osua tismalleen atomin ytimeen, jotta vuorovaikutusta syntyisi. Siksi neutriinojen pysäyttämiseen tarvitaan valtavasti ainetta. Valovuosi lyijyä pysäyttäisi niistä vasta puolet.

Jos ilmaisimessa on valtavasti atomeita, yksittäinen neutriino saattaa silti osua yhteen niistä – kuten syyskuussa kävikin.

Havaintolaite Ice Cube perustuu kuutiokilometrin kokoiseen tilavuuteen mannerjäätä. Se on kahden kilometrin syvyydessä etelänavalla Amundsenin–Scottin tutkimusaseman yhteydessä.

Neutriinot havaitaan epäsuorasti niiden törmäyksistä seuraavien valonvälähdysten avulla. Etelämantereen jää on hyvin kirkasta, joten se sopii hiukkasten havainnointiin. Jää on Ice Cuben kehittäjän Francis Halzenin mukaan puolentoista kilometrin syvyydessä kirkkaampaa kuin laboratoriossa tehty.

Mannerjäähän on upotettu 86 pystysuoraan reikään yli 5 000 ilmaisinta, jotka havaitsevat fotoneita eli valohiukkasia. Laite valmistui vuosikymmenen alussa.

IceCube havaitsee pari sataa tavallista neutriinoa kuukaudessa. Kosmisia suurienergisiä neutriinoita osuu haaviin suurin piirtein kerran kuukaudessa.

Havaittu neutriino IceCube­170922A osoitti tulosuuntansa itse. Kun se osui vesimolekyyliin, energiasta syntyi toinen hiukkanen nimeltään myoni. Se on elektronin kaltainen mutta paljon raskaampi.


Syntynyt myoni jatkoi samaan suuntaan kuin sen synnyttänyt neutriino. Myoni matkasi paikallista valon nopeutta nopeammin. Se ei siis ylittänyt valon nopeutta tyhjiössä mutta ylitti valon nopeuden jäässä.

Paikallisen valon nopeuden ylittävä sähkövarauksellinen hiukkanen virittää matkallaan elektroneja. Viritys purkautuu sinisävyisinä fotoneina, joita kutsutaan Tšerenkovin säteilyksi.

Nämä fotonit jäivät valonilmaisimien haaviin.

Välähdysten järjestys kertoi, mihin suuntaan tutkijoiden kannatti katsoa. Fermi-avaruustele­skooppi, Magic ja useat muut obseravatoriot suuntasivat alle minuutissa katseensa vajaan neljän miljardin valovuoden päässä hehkuvaan blasaariin.

Lähtöpaikaksi bongattu blasaari TXS 0506+056 tunnettiin jo ennestään gammasäteilystään. Nyt avaruusteleskooppi Fermi havaitsi sen roihuavan rajusti.

Blasaari lähettää gammasäteilyä, kun mustaan aukkoon sen keskellä putoaa ainetta ympäriltä. Pyörivän mustan aukon magneettikenttä heittää ainetta turvaan kurimuksesta. Karkaava plasma lähettää gammasäteilyä ja samalla neutriinoja.

Suurienergisen neutriinon lähtöpaikan etsimistä on kokeiltu aikaisemminkin, joten havainto oli sitkeän työn tulos.

Lindforsin mukaan neutriinot täydentävät eri tavalla tietoja maailmankaikkeuden ominaisuuksista.

”Jos sähkömagneettiset aallot antavat meille näön ja gravitaa­tioaallot kuulon, neutriinot antavat lisäksi hajun tai maun. Saamme siis lisäaistin maailmankaikkeuden tutkimiseen”, Lindfors sanoo.

”Toivotaan, että tällaisia löytöjä saadaan lisää. Se voi kuitenkin kestää, koska suurienergisiä neutriinoja löytyy tosiaan vain kerran kuukaudessa.”

Korjaus 7. elokuuta kello 15.35: Kirjoituksen lopussa olevassa graafissa korjattu sana vesiatomi sanalla vesimolekyyli.

    Seuraa uutisia tästä aiheesta

  • Fysiikka
  • Hiukkasfysiikka
  • Tähtitiede
  • Tiede
  • Matti Mielonen

Kommentit

    Ei vielä kommentteja. Kirjoita ensimmäinen.

    Näytä lisää
    Luetuimmat
    • Juuri nyt
    • Päivä
    • Viikko
    1. 1

      Miehet ovat usein tajuamattaan henkisen väkivallan uhreja – ”Miehillä voi olla parinkymmenen vuoden kokemus alistamisesta”

    2. 2

      Mikä Helsingin OP:ssa on vialla? Laina­neuvotteluihin ei pääse, viesteihin ei vastata

    3. 3

      Suolistomikrobeja uhkaa sukupuutto jos jatkamme syömistä nykyiseen tapaan – Tuhojen korjaaminen saattaa vaatia järeitä toimenpiteitä

    4. 4

      Tänään aukeaa Helsingin uusin ostosjättiläinen – HS esittelee Kalasataman kauppakeskuksen liikkeineen

    5. 5

      Avain laihtumiseen ja upeisiin lihaksiin? Proteiineista liikkuu monenlaisia uskomuksia, HS kokosi niiden rinnalle kahdeksan oleellista faktaa

      Tilaajille
    6. 6

      Puolella miljoonalla suomalaisella on riittämätön lukutaito – Testaa, kuinka hyvin itse ymmärrät lukemaasi

    7. 7

      Tutkijoille selvisi vihdoin, miksi talidomidi tuhosi tuhansien lapsien elämän

    8. 8

      Äiti riehui, ryyppäsi ja teki lopulta itsemurhan – Kun Sari Järn halusi ymmärtää miksi, hän löysi suvun synkän historian

      Tilaajille
    9. 9

      Keskiviikkoilta oli poikkeuksellista junakaaosta henkilövahingon, sähkövian ja myöhästymisten vuoksi – torstaiaamun liikenne sujuu normaalisti

    10. 10

      Syyrian al-Assad: Venäläiskoneen pudottanut vahingonlaukaus oli Israelin syytä

    11. Näytä lisää
    1. 1

      Äiti riehui, ryyppäsi ja teki lopulta itsemurhan – Kun Sari Järn halusi ymmärtää miksi, hän löysi suvun synkän historian

      Tilaajille
    2. 2

      Puolella miljoonalla suomalaisella on riittämätön lukutaito – Testaa, kuinka hyvin itse ymmärrät lukemaasi

    3. 3

      ”Ongelmista ykkönen on viina, kakkonen on viina ja kolmonen on viina” – Ensihoidon eläköityvä vastuulääkäri Teuvo Määttä on nähnyt Helsingin pimeän puolen

    4. 4

      Toimitusjohtajan epäillään ampuneen naisen oven läpi Lohjan Sammatissa – useat ihmiset hakeneet miehelle lähestymiskiellon, taustalla väkivaltaa ja uhkailua

    5. 5

      Tutkijoille selvisi vihdoin, miksi talidomidi tuhosi tuhansien lapsien elämän

    6. 6

      Keskiviikkoilta oli poikkeuksellista junakaaosta henkilövahingon, sähkövian ja myöhästymisten vuoksi – torstaiaamun liikenne sujuu normaalisti

    7. 7

      Espoo myöntää: Opetusjohtaja ei suostunut irtisanomaan Saunalahden rehtoria – Potkut antoi lopulta alempi virkamies

    8. 8

      Mailin tornitalo kutistui kilometriseksi, ja nyt aavikolla seisoo onneton ranka – Näin Saudi-Arabian suuret unelmat murenevat

      Tilaajille
    9. 9

      Kymmenet ihmiset osallistuivat joukkotappeluun Helsingin Vallilassa – 18-vuotiaalle miehelle hengenvaarallisia vammoja, tutkitaan tapon yrityksenä

    10. 10

      ”Te ette saa tuhota sitä” – Helsingin Hermannissa syttyi sota ja poliisikin saapui paikalle, kun kaivinkone alkoi repiä puistoa maan tasalle

    11. Näytä lisää
    1. 1

      ”Ihmisroskana” esitetty asunnoton alkoholisti Markku Korhonen ahdistui ja suuttui niin, että teki rikos­ilmoituksen – entinen yrittäjä auttoi pitkään muita, mutta päätyi itse sillan alle

    2. 2

      Auschwitziin matkanneet Kallion lukiolaiset kokivat Suomi-häpeää krakovalaisessa juutalaisravintolassa: ”Minun oli pakko mennä kysymään heiltä, että ymmärrättekö te yhtään, mitä teette”

    3. 3

      Mies havahtui hetkeksi hereille vesipuisto Serenassa, mutta jatkoi juhlintaa vielä viikon ympäri Etelä-Suomea – Lopulta mies tajusi rahoittaneensa 10–15 hengen elostelua 12 000 eurolla

    4. 4

      Tytti Peltosen palkka on niin pieni, että se on käytetty kaksi viikkoa ennen tilipäivää – Suomessa on kymmeniätuhansia työssäkäyviä köyhiä

      Tilaajille
    5. 5

      Virpi oli luokan priimus ja lääkäriperheen kultahippu – Hänestä tuli kirurgi, joka leikkasi potilaita lääkehuuruissa ja joutui lopulta vankilaan

      Tilaajille
    6. 6

      Helsinkiläisnaisen auto saarrettiin traktorilla Nuuksiossa – ”Espoon sumputtaja” Lucas Heimsch perheineen kertoo nyt, mikä kaupunkilaisten käytöksessä mättää

    7. 7

      Espoolainen oppilas kuoli saatuaan sairaus­kohtauksen liikunta­tunnilla, jolla tehtiin piip-testiä – Testistä on annettu tarkat ohjeet kouluille, sanoo sivistys­toimen johtaja

    8. 8

      Äiti riehui, ryyppäsi ja teki lopulta itsemurhan – Kun Sari Järn halusi ymmärtää miksi, hän löysi suvun synkän historian

      Tilaajille
    9. 9

      Puolella miljoonalla suomalaisella on riittämätön lukutaito – Testaa, kuinka hyvin itse ymmärrät lukemaasi

    10. 10

      ”Ongelmista ykkönen on viina, kakkonen on viina ja kolmonen on viina” – Ensihoidon eläköityvä vastuulääkäri Teuvo Määttä on nähnyt Helsingin pimeän puolen

    11. Näytä lisää
    Uusimmat
    1. Juuri nyt
    2. Miehet ovat usein tajuamattaan henkisen väkivallan uhreja – ”Miehillä voi olla parinkymmenen vuoden kokemus alistamisesta”
    3. Suolistomikrobeja uhkaa sukupuutto jos jatkamme syömistä nykyiseen tapaan – Tuhojen korjaaminen saattaa vaatia järeitä toimenpiteitä
    4. Kun ura loppui, Pekka Koskelan päällimmäinen tuntemus oli helpotus – nyt hän ikävöi kovaa treeniä ja auttaa muita menestymään
    5. Itseään venäläisenä pitänyt Sergei löysikin juurensa Liettuasta – Dna-testien suosio Venäjällä kasvaa, sillä moni ei tunne sukuhistoriaansa mummoaan pidemmälle
    6. Maailma meni menojaan, mutta porvoolaisessa sisäoppilaitoksessa kärsittiin nälkää ja opeteltiin vauvanhoitoa jäkälillä – Pepi Reinikainen kirjoitti kaiken ylös, ja se pelasti hänet Tilaajille
    7. Helsingin Palmia siivoaa jo Turun linnaa ja tekee kouluruokaa Hämeenlinnassa – veronmaksajien omistaman yhtiön tulos painui miljoona euroa tappiolle Tilaajille
    8. Avain laihtumiseen ja upeisiin lihaksiin? Proteiineista liikkuu monenlaisia uskomuksia, HS kokosi niiden rinnalle kahdeksan oleellista faktaa Tilaajille
    9. Mikä Helsingin OP:ssa on vialla? Laina­neuvotteluihin ei pääse, viesteihin ei vastata
    10. Tänään aukeaa Helsingin uusin ostosjättiläinen – HS esittelee Kalasataman kauppakeskuksen liikkeineen
    11. Keskiviikkoilta oli poikkeuksellista junakaaosta henkilövahingon, sähkövian ja myöhästymisten vuoksi – torstaiaamun liikenne sujuu normaalisti
    12. Näytä lisää