आइसक्यूब: कॉस्मिक किरणों के रहस्य को खोलना

आइसक्यूब प्रयोग के लिए सतह की सुविधा, जो अंटार्कटिका में लगभग 1 मील (1.6 किलोमीटर) बर्फ के नीचे स्थित है। आइसक्यूब का सुझाव है कि भूतिया न्यूट्रिनो मौजूद नहीं है, लेकिन एक नया प्रयोग कहता है कि वे करते हैं।

(चित्र: © आइसक्यूब न्यूट्रिनो वेधशाला के सौजन्य से)

अंटार्कटिका के बर्फीले बंजर भूमि में एक बड़े पैमाने पर कण डिटेक्टर, आइसक्यूब न्यूट्रिनो वेधशाला है। लेकिन उपकरण के लिए सतह की खोज करना मुश्किल साबित होगा, क्योंकि वेधशाला के थोक बर्फ के नीचे फंस गए हैं। अंतरराष्ट्रीय वेधशाला न्यूट्रिनों के लिए शिकार रही है - द्रव्यमान रहित, वर्णविहीन कण जो लगभग कभी भी पदार्थ के साथ संपर्क नहीं करते हैं। अब, इसके अवलोकन न्यूट्रिनो और कॉस्मिक किरणों की उत्पत्ति के पीछे के सवालों के जवाब देते हुए, खगोल विज्ञान के सबसे बड़े रहस्यों में से एक को हल कर सकते हैं।

उन सभी में सबसे बड़ा

आइसक्यूब न्यूट्रिनो वेधशाला दक्षिणी ध्रुव के पास एक घन किलोमीटर को कवर करती है। उपकरण सतह के एक वर्ग किलोमीटर को कवर करता है और 4,920 फीट (1,500 मीटर) तक फैला हुआ है। यह अब तक बनाया गया पहला गिगाटन न्यूट्रिनो डिटेक्टर है।

जबकि आइसक्यूब की तस्वीरें अक्सर बर्फीली सतह पर एक इमारत को दिखाती हैं, असली काम नीचे किया जाता है। बहुउद्देशीय प्रयोग में एक सतह सरणी, आइसटॉप, 81 स्टेशनों की एक सरणी शामिल है जो तारों के ऊपर बैठती है। IceTop IceCube के लिए एक अंशांकन डिटेक्टर के रूप में कार्य करता है, साथ ही साथ प्राथमिक ब्रह्मांडीय किरणों से हवा की वर्षा, और उनके प्रवाह और संरचना का पता लगाता है।

घने आंतरिक उपक्षेत्र, डीपकोर, आइसक्यूब प्रयोग का पावरहाउस है। IceTop स्टेशनों में से प्रत्येक डिजिटल ऑप्टिकल मॉड्यूल (DOM) से जुड़े तारों से बना है, जो 410 फीट (125 मीटर) दूरी पर एक हेक्सागोनल ग्रिड पर तैनात हैं। प्रत्येक स्ट्रिंग में 60 बास्केटबॉल-आकार के डोम हैं। यहाँ, बर्फ के भीतर गहरे में, IceCube न्यूट्रिनो के लिए शिकार करने में सक्षम है जो कि आकाशगंगा से, और आकाशगंगा के बाहर से, सूरज से आते हैं। ये भूतिया कण ब्रह्मांडीय किरणों से जुड़े हैं, जो उच्चतम ऊर्जा कण हैं।

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रहस्यमय कण

कॉस्मिक किरणों को पहली बार 1912 में खोजा गया था। विकिरण के शक्तिशाली विस्फोट पृथ्वी से लगातार टकराते रहे हैं, जो आकाशगंगा के सभी हिस्सों से प्रवाहित होते हैं। वैज्ञानिकों ने गणना की कि आवेशित कण ब्रह्माण्ड के कुछ सबसे हिंसक और कम से कम समझी जाने वाली वस्तुओं और घटनाओं में अवश्य बनते हैं। एक सुपरनोवा, एक स्टार की विस्फोटक तारकीय मृत्यु, ब्रह्मांडीय किरणों को बनाने की एक विधि प्रदान करती है; आकाशगंगाओं के केंद्र में सक्रिय ब्लैक होल।

क्योंकि कॉस्मिक किरणें आवेशित कणों से बनी होती हैं, हालांकि, वे तारों के चुंबकीय क्षेत्र और अन्य वस्तुओं के साथ परस्पर क्रिया करती हैं, जिनसे वे गुजरती हैं। खेतों ने ब्रह्मांडीय किरणों का मार्ग बदल दिया और शिफ्ट कर दिया, जिससे वैज्ञानिकों के लिए उन्हें अपने स्रोत में वापस लाना असंभव हो गया।

यहीं से न्यूट्रिनो खेल में आते हैं। कॉस्मिक किरणों की तरह, कम द्रव्यमान वाले कणों को हिंसा के माध्यम से बनाने के लिए सोचा जाता है। लेकिन क्योंकि न्यूट्रिनों के पास कोई शुल्क नहीं है, वे अपने मार्ग को बदलने के बिना चुंबकीय क्षेत्र से गुजरते हैं, अपने स्रोत से एक सीधी रेखा में यात्रा करते हैं।

"इस कारण से, कॉस्मिक किरणों के स्रोतों की खोज भी बहुत उच्च ऊर्जा न्यूट्रिनो की खोज बन गई है," आइसक्यूब की वेबसाइट के अनुसार।

हालाँकि, वही विशेषताएं जो न्यूट्रिनो को ऐसे अच्छे संदेशवाहक बनाती हैं, उनका मतलब यह भी है कि उनका पता लगाना मुश्किल है। हर सेकंड, लगभग 100 बिलियन न्यूट्रिनो आपके शरीर के एक वर्ग इंच से गुजरते हैं। उनमें से ज्यादातर सूर्य से आते हैं, और आइसक्यूब द्वारा पहचाने जाने के लिए पर्याप्त ऊर्जावान नहीं हैं, लेकिन कुछ मिल्की वे के बाहर निर्मित होने की संभावना है।

न्यूट्रिनों को खोलना बहुत स्पष्ट सामग्री जैसे पानी या बर्फ के उपयोग की आवश्यकता होती है। जब एक न्यूट्रिनो एक परमाणु के अंदर एक प्रोटॉन या न्यूट्रॉन में दुर्घटनाग्रस्त हो जाता है, तो परिणामस्वरूप परमाणु प्रतिक्रिया माध्यमिक कणों का उत्पादन करती है जो एक नीले प्रकाश को चेरनकोव विकिरण के रूप में जाना जाता है।

आइसक्यूब टीम के अनुसार, "हम जिन न्यूट्रिनो का पता लगाते हैं, वे उंगलियों के निशान की तरह हैं जो हमें उन वस्तुओं और घटनाओं को समझने में मदद करते हैं, जहां न्यूट्रिनों का उत्पादन होता है।"

कठोर परिस्थितियां

दक्षिणी ध्रुव बाहरी स्थान नहीं हो सकता है, लेकिन यह अपनी चुनौतियों को लाता है। इंजीनियरों ने 2004 में IceCube पर निर्माण शुरू किया, एक सात-वर्षीय परियोजना जो 2010 में शेड्यूल पर पूरी हुई थी। निर्माण हर साल कुछ महीनों के लिए हो सकता है, दक्षिणी गोलार्ध की गर्मियों में, जो नवंबर से फरवरी तक होता है।

बोरिंग 86 छेद को एक विशेष प्रकार की ड्रिल की आवश्यकता थी - उनमें से दो, वास्तव में। पहले 164 फीट (50 मीटर) नीचे, बर्फ से सघन बर्फ की एक परत के माध्यम से उन्नत। तब एक उच्च दबाव वाली गर्म पानी की ड्रिल 2,450 मीटर (8,038 फीट या 1.5 मील) की गहराई तक लगभग 2 मीटर (6.5 फीट) प्रति मिनट की गति से बर्फ के माध्यम से पिघल गई।

"साथ में, दो ड्रिल लगातार लगभग हर दो दिनों में एक छेद की दर पर इंस्ट्रूमेंटेशन की तैनाती के लिए तैयार लगभग पूर्ण ऊर्ध्वाधर छेद बनाने में सक्षम थे," आइसक्यूब के अनुसार।

तब बर्फ के टूटने से पहले तार को पिघले हुए पानी में जल्दी से तैनात करना पड़ता था। स्थिर करने में कुछ हफ्तों का समय लग गया, जिसके बाद उपकरण अछूत बने रहे, स्थायी रूप से बर्फ में जमे रहे और मरम्मत नहीं की जा सकी। उपकरणों की विफलता की दर बेहद धीमी रही है, जो वर्तमान में गैर-व्यावसायिक 5,500 सेंसर में से 100 से कम है।

आइसक्यूब ने शुरू से ही अवलोकन करना शुरू कर दिया, यहां तक ​​कि जब अन्य तार तैनात किए जा रहे थे।

जब पहली बार परियोजना शुरू हुई थी, तो शोधकर्ता अस्पष्ट थे कि हलोजन के अनुसार, बर्फ से कितनी दूर तक यात्रा होगी। यह जानकारी अच्छी तरह से स्थापित होने के साथ, सहयोग IceCube-Gen2 की ओर काम कर रहा है। उन्नत वेधशाला लगभग 80 और डिटेक्टर तार जोड़ेगी, जबकि बर्फ के गुणों की समझ शोधकर्ताओं को उनके मूल रूढ़िवादी अनुमानों के अलावा सेंसर को अधिक व्यापक रूप से रखने की अनुमति देगा। IceCube-Gen2 को लगभग समान लागत के लिए वेधशाला के आकार को दोगुना करना चाहिए।

अतुल्य विज्ञान

पूरा होने से पहले कई लुभावने वैज्ञानिक परिणामों का निर्माण करने से पहले, आइसक्यूब ने न्यूट्रिनो का शिकार करना शुरू कर दिया।

मई 2010 और मई 2012 के बीच, आइसक्यूब ने 28 बहुत अधिक ऊर्जा वाले कणों का अवलोकन किया। हैलोजन ने डिटेक्टर के पूरा होने के लिए इन चरम घटनाओं का निरीक्षण करने के लिए डिटेक्टर की क्षमता को जिम्मेदार ठहराया।

हैलनजेन ने एक बयान में कहा, "यह हमारे सौर मंडल के बाहर से आने वाले उच्च-ऊर्जा न्यूट्रिनो का पहला संकेत है, जो 1987 में बड़े मैगेलैनिक क्लाउड में देखे गए सुपरनोवा के साथ एक मिलियन से अधिक बार ऊर्जा के साथ होता है।" "यह अंत में आभारी है कि हम क्या देख रहे हैं। यह खगोल विज्ञान के एक नए युग की सुबह है।"

बच्चों के टेलीविजन शो "सेसम स्ट्रीट" के पात्रों के बाद, अप्रैल 2012 में, उच्च ऊर्जा न्यूट्रिनो की एक जोड़ी का पता चला और बर्ट और एर्नी का उपनाम दिया गया। 1 पेटाइलेट्रोनवोल्ट (पीईवी) से ऊपर ऊर्जा के साथ, यह जोड़ी 1987 के सुपरनोवा के बाद से सौर मंडल के बाहर पहली निश्चित रूप से पता लगाए गए न्यूट्रिनो थे।

जर्मनी में एर्लांगेन-नूर्नबर्ग विश्वविद्यालय के एक कण भौतिक विज्ञानी उली काट्ज ने कहा, "यह एक बड़ी सफलता है।" "मुझे लगता है कि यह खगोल-कण भौतिकी में पूर्ण प्रमुख खोजों में से एक है," काट्ज ने स्पेस डॉट कॉम को बताया।

इन टिप्पणियों के परिणामस्वरूप आइसक्यूब को भौतिकी विश्व 2013 निर्णायक वर्ष से सम्मानित किया गया।

एक और प्रमुख अदायगी 4 दिसंबर 2012 को आई, जब वेधशाला ने एक घटना का पता लगाया, जिसे वैज्ञानिकों ने बिग बर्ड कहा, "तिल स्ट्रीट" से भी। बिग बर्ड एक न्यूट्रिनो था जिसमें 2 क्वाड्रिलियन इलेक्ट्रॉन वोल्ट से अधिक ऊर्जा होती थी, एक दंत एक्स-रे की ऊर्जा की तुलना में एक मिलियन मिलियन गुना अधिक होती है, जो एक इलेक्ट्रॉन के द्रव्यमान के कम से कम एक मिलियन कण में पैक होती है। उस समय, यह अब तक का सबसे अधिक ऊर्जा वाला न्यूट्रिनो था; 2018 तक, यह अभी भी दूसरे स्थान पर है।

नासा के फर्मी गामा-रे स्पेस टेलीस्कोप की मदद से, वैज्ञानिकों ने बिग बर्ड को PKS B1424-418 के रूप में जाना जाने वाले एक ब्लाजर के अत्यधिक ऊर्जावान प्रकोप से बांध दिया। ब्लेज़र एक आकाशगंगा के केंद्र में सुपरमैसिव ब्लैक होल द्वारा संचालित होते हैं। जैसा कि ब्लैक होल सामग्री को नीचे गिराता है, कुछ सामग्री को जेट में विस्थापित किया जाता है ताकि वे आकाशगंगा में सितारों को बाहर निकाल सकें। जेट पदार्थ द्रव्य को गति प्रदान करते हैं, जिससे न्यूट्रिनों और परमाणुओं के टुकड़े बनते हैं जो कुछ ब्रह्मांडीय किरणों का निर्माण करते हैं।

2012 की गर्मियों में शुरू हुआ, विस्फोट से पहले गामा की किरणों में 15 से 30 गुना तेज चमक के बीच का विस्फोट हुआ। TANAMI नामक एक दीर्घकालिक अवलोकन कार्यक्रम, जिसने नियमित रूप से दक्षिणी आकाश में लगभग 100 सक्रिय आकाशगंगाओं की निगरानी की, ने खुलासा किया कि 2011 और 2013 के बीच आकाशगंगा के जेट का कोर चार बार चमक गया था।

जर्मनी के मैक्स प्लैंक इंस्टीट्यूट फॉर रेडियो एस्ट्रोनॉमी (MPIfR) के एक बयान में 2016 के एक बयान में कहा गया, "कार्यक्रम के जीवन पर TAMAMI द्वारा देखी गई हमारी अन्य आकाशगंगाओं में इतना नाटकीय परिवर्तन नहीं हुआ है।" टीम ने गणना की कि दो घटनाएँ जुड़ी हुई हैं।

वुर्ज़बर्ग विश्वविद्यालय के खगोल भौतिकी के प्राध्यापक मथियास कडलर ने कहा, "सभी टिप्पणियों को ध्यान में रखते हुए, बिग बर्ड न्यूट्रिनो को बंद करने का उद्देश्य, मकसद और अवसर है, जो इसे हमारे प्रमुख संदिग्ध बनाता है।" जर्मनी। "

जुलाई 2018 में, आइसक्यूब ने घोषणा की कि, उसने पहली बार न्यूट्रिनो को अपने स्रोत ब्लाजर पर वापस रखा था। सितंबर 2017 में, एक मजबूत न्यूट्रिनो उम्मीदवार का पता लगाने के कुछ ही मिनटों के भीतर दुनिया भर के वैज्ञानिकों के लिए प्रसारित एक नए स्थापित अलर्ट सिस्टम के लिए धन्यवाद, शोधकर्ताओं ने जल्दी से अपनी दूरबीन को उस दिशा में मोड़ने में सक्षम थे जो नए सिग्नल की उत्पत्ति हुई थी। फ़ेमी ने शोधकर्ताओं को आकाश के एक ही हिस्से में TXS-0506 + 056 के रूप में जाना जाता है, एक सक्रिय धमाके की उपस्थिति के लिए सतर्क किया। नई टिप्पणियों ने पुष्टि की कि धमाकेदार चमक रही थी, जो ऊर्जा के तेज विस्फोट से निकल रही थी।

अधिकांश भाग के लिए, TXS एक विशिष्ट ब्लाजर है; यह 100 सबसे चमकीले ब्लेज़र्स में से एक है जिसे फर्मी ने पता लगाया है। हालांकि, जबकि 99 अन्य लोग भी उज्ज्वल हैं, उन्होंने आइसक्यूब की ओर न्यूट्रिनो को नहीं फेंका है। हाल के महीनों में, TXS पिछले वर्षों की तुलना में सौ गुना ज्यादा मजबूत और चमकदार हो गया है।

यूनिवर्सिटी के ग्रेगरी शिवाकॉफ ने कहा, '' आईसीसीएस 0506 + 056 में आइसक्यूब द्वारा पाया गया उच्च ऊर्जा न्यूट्रिनो ट्रैकिंग, ऐसा पहली बार करता है कि हम किसी विशिष्ट वस्तु की पहचान कर पाए हैं। कनाडा में अलबर्टा के एक बयान में कहा।

IceCube अभी तक समाप्त नहीं हुआ है। नई चेतावनी प्रणाली भविष्य के वर्षों में खगोलविदों को अपने पैर की उंगलियों पर रखेगी। वेधशाला में 20 वर्षों का नियोजित जीवनकाल होता है, इसलिए दक्षिण ध्रुव वेधशाला से अविश्वसनीय खोजों का कम से कम एक और दशक आता है।