Teleskopet IceCube söker den kosmiska strålningens ursprung

I en artikel som publicerats i tidskriften Nature beskriver forskare vid teleskopet IceCube, jakten på neutriner i samband med observationer av 300 gammastrålningsutbrott under perioden maj 2008 till april 2010. Från Sverige deltar ett tiotal forskare från Stockholms universitet och Uppsala universitet.

Även om vi i år kan fira 100-års jubileum av upptäckten av den kosmiska strålningen är dess ursprung fortfarande höljt i dunkel. IceCube, världens största neutrinodetektor i den antarktiska glaciären, siktar nu in sig på hur den kosmiska strålningens skapas. Enligt teoretiska modeller produceras neutriner i gammastrålningsutbrotten, tillsammans med den kosmiska strålningen. IceCube söker nu efter dessa neutriner för att testa teorierna.

Kosmisk strålning är elektriskt laddade partiklar, mestadels protoner, som träffar jorden från alla håll, med energier upp emot hundra miljoner gånger större än vad som har åstadkommits här på Jorden med de kraftfullaste acceleratorerna. För att generera så höga energier krävs våldsamma processer. Fysikernas intresse har därför fokuserats kring två potentiella typer av källor: de massiva svarta hålen i centrum av aktiva galaxer och de häftiga stjärnexplosioner som astronomerna observerar som gammastrålningsutbrott, GRB (eng. Gamma Ray Bursts).

Dessa explosioner – de våldsammaste i universum – upptäcks vanligtvis först med hjälp av satelliter som SWIFT och Fermi vilka registrerar röntgen- och/eller gammastrålning. Ungefär en GRB per dag detekteras. Under de få sekunderna som utbrottet normalt varar skiner GRB:n en miljon gånger starkare än alla miljarderna stjärnorna i Vintergatan tillsammans. Överraskande nog har inga neutriner från GRB:er detekterats av IceCube – ett resultat som motsäger 15 års teoribildning och utmanar en av de ledande teorierna vad gäller ursprunget för den kosmiska strålningen med de högsta energierna.

Den oväntade frånvaron av en neutrinosignal är en ny pusselbit för att förstå kosmisk strålning och gammastrålningsutbrott. Vissa förutsägelser som bygger på att den kosmiska strålningen har sitt ursprung i neutroner som skickas ut i sådana explosioner har i stort sett uteslutits av IceCube:s data, och de bakomliggande teorierna måste omvärderas.

IceCube observerar neutriner genom att detektera det svaga blåa ljus som alstras av elektriskt laddade partiklar som skapas när neutriner kolliderar med isens molekyler. Neutriner är ”spöklika” och passerar lätt genom människor, väggar eller till och med hela vår planet. För att kompensera att de växelverkar så sällan har IceCube byggts med en enorm volym. En kubikkilometer is – en volym som är 400 gånger större än Keopspyramiden – har utrustats med 5160 optiska detektorer som frysts in på olika djup i isen, ner till 2.5 km.

Nya teoretiska idéer och mer data från den nu kompletta IceCube detektorn kommer under de närmaste åren att hjälpa forskarna att komma närmare lösningen på den kosmiska strålningens gåta.

Ytterligare information         
Olga Botner, Uppsala universitet, tfn 018-471 3846, e-post olga.botner@physics.uu.se
Allan Hallgren, Uppsala universitet, tfn 018-471 3881, e-post allan.hallgren@physics.uu.se
Klas Hultqvist, Stockholms universitet, tfn 08-5537 8671, e-post klas.hultqvist@fysik.su.se
Chad Finley, Stockholms universitet, tfn 08-5537 8757, e-post cfinley@fysik.su.se

IceCube är ett högenergineutrinoteleskop nära den geografiska sydpolen på Antarktis, som konstruerats och används i forskningssyfte av cirka 250 forskare och ingenjörer från USA, Tyskland, Sverige, Belgien, Schweiz, Japan, Canada, Nya Zeeland, Australien och Barbados. Detektorn bekostades till största delen (240 MUSD av 279 MUSD) genom anslag från det amerikanska forskningsrådet The National Science Foundation. I Sverige har projektet fått betydande stöd (c:a 60 MSEK) från Knut och Alice Wallenbergs stiftelse och från Vetenskapsrådet. Driften av teleskopet bekostas av bidrag från NSF (Office of Polar Programs) och de olika ländernas forskningsråd.

Mer information om IceCube finns på http://icecube.wisc.edu