Dva i po kilometra ispod antarktičkog leda, kubni kilometar zamrznute vode opremljen je sa 5.160 svetlosnih senzora, pretvarajući sam Južni pol u teleskop koji "gleda" kroz celu planetu kako bi uhvatio čestice koje stižu sa druge strane neba.
Stanite na Južni pol tokom australnog leta i videćete ravnu belu površinu, nekoliko objekata podignutih na stubove i - ne mnogo više od toga. Nema kupole, nema antene, nema ogromnog ogledala. Ništa na tom mestu ne odaje utisak da se tu nalazi teleskop.
A ipak, ispod vaših nogu, počevši na dubini od oko dva i po kilometra i protežući se još gotovo kilometar ispod toga, nalazi se jedna od najneobičnijih opservatorija ikada napravljenih. Napravljena je od leda, a njen zadatak je da posmatra nebo na suprotnoj strani planete tako što gleda pravo kroz Zemlju.
Teleskop bez sočiva
Instrument se zove Ajskjub, a njegov detektor upravo odgovara tom nazivu: kocka prirodnog glečerskog leda, približno kilometar široka, dugačka i visoka.
Od 2004. do 2010. godine, inženjeri su pomoću bušilice sa vrelim mlazom vode napravili 86 otvora kroz ledeni pokrivač, svaki dubok oko dva i po kilometra. U svaki otvor spustili su kabl sa nizom staklenih kugli veličine košarkaške lopte, od kojih je svaka sadržala svetlosni senzor. Potom se voda u otvorima ponovo zaledila oko njih.
Ukupno je 5.160 senzora ostalo zarobljeno u ledu, raspoređenih u kocki na dubinama između približno 1.450 i 2.450 metara. Ta dubina je veoma važna. U blizini površine led je pun zarobljenih mehurića vazduha koji rasipaju svetlost.
Duboko ispod površine, pod ogromnim pritiskom težine leda iznad, mehurići su istisnuti, pa je led postao jedan od najčistijih prirodnih materijala na Zemlji. Svetlost kroz njega može da putuje 100 metara ili više.
Šta Ajskjub traži?
Ajskjub lovi neutrine. To su subatomske čestice koje nastaju na Suncu, kada kosmički zraci udaraju u atmosferu, ali i u nekim od najnasilnijih događaja u svemiru - poput eksplozija zvezda, sudara galaksija i ogromnih mlazova koje izbacuju crne rupe.
Neutrini imaju gotovo zanemarljivu masu i nemaju električni naboj, a sa materijom stupaju u interakciju izuzetno retko. Bilioni njih prolaze kroz naše telo svake sekunde, a da ne dodirnu nijedan atom.
Zbog toga ih je gotovo nemoguće uhvatiti, ali upravo ta osobina ih čini savršenim glasnicima. Svetlost iz udaljene crne rupe može biti apsorbovana, skrenuta ili rasuta na putu do nas. Neutrino, međutim, putuje gotovo pravo od svog izvora, nepromenjen – poput pisma koje niko nije otvorio.
S vremena na vreme, neutrino ipak udari u atomsko jezgro. Kada se to dogodi unutar leda Ajskjuba, nastaje naelektrisana čestica koja se kroz led kreće brže nego što svetlost može da se kreće kroz led. Tada nastaje slabašan plavi bljesak.
Senzori registruju taj bljesak. Na osnovu obrasca i vremena pojavljivanja svetlosti, fizičari mogu da utvrde odakle je neutrino stigao i koliko je energije nosio.
Zašto "gleda" nadole?
Upravo ovde Ajskjub postaje posebno neobičan. Najveći izvor "šuma" uopšte ne dolazi iz svemira. To su mioni, teži rođaci elektrona, koji nastaju kada kosmički zraci udaraju u atmosferu iznad Južnog pola. Oni neprestano prodiru kroz led i aktiviraju senzore milionima puta češće nego neutrini.
Zemlja rešava taj problem. Mioni ne mogu da prođu kroz planetu. Neutrini mogu. Zato, kada Ajskjub registruje bljesak koji dolazi odozdo, fizičari znaju da je čestica morala da uđe u Zemlju negde na severnoj hemisferi, proputuje hiljade kilometara kroz čvrstu stenu i rastopljeno gvožđe, a zatim udari u led na Južnom polu.
Cela planeta tako postaje filter, blokirajući gotovo sve osim upravo onih "sablasnih" čestica koje opservatorija želi da uhvati.
Zbog toga najjasniji pogled Ajskjuba na svemir nije pogled na nebo iznad Antarktika. To je pogled na nebo iznad severne hemisfere, posmatrano kroz 12.700 kilometara stena i materijala koji čine Zemlju.
Šta je Ajskjub otkrio?
Tokom prvih nekoliko godina rada, Ajskjub je registrovao samo neutrine iz Zemljine atmosfere. A onda je 2013. godine objavio otkriće prvih neutrina za koje je bilo jasno da dolaze izvan Sunčevog sistema. Dva među prvim takvim neutrino česticama dobila su nadimke Bert i Erni, a nosila su milion puta više energije nego bilo koji neutrino proizveden u laboratoriji.
Godine 2017. jedan visokoenergetski neutrino povezan je sa aktivnom galaksijom TXS 0506+056, udaljenom gotovo četiri milijarde svetlosnih godina. Bio je to prvi slučaj da je neutrino povezan sa konkretnim objektom na nebu.
Godine 2022. Ajskjub je povezao stalni priliv neutrina sa drugom galaksijom, NGC 1068. A 2023. godine napravljen je prvi prikaz naše Mlečne staze koji nije nastao na osnovu svetlosti, već na osnovu neutrina.
Istraživanja se nastavljaju. U maju je saradnja Ajskjub objavila podatke o promeni u spektru energija kosmičkih neutrina, što bi moglo da ukazuje na to da više različitih vrsta izvora doprinosi registrovanom signalu.
U martu je objavljeno i istraživanje koje ukazuje na povezanost neutrina sa klasom aktivnih galaksija bogatih rendgenskim zračenjem na južnom nebu.
Led dobio "pojačanje"
Punih 15 godina detektor je radio sa istih 5.160 senzora koji su postavljeni tokom njegove izgradnje. To se promenilo tokom prošlog australnog leta.
U projektu završenom u januaru, ekipe su izbušile manji broj novih otvora u centralnom delu detektora i spustile više od 600 savremenih senzora, postavljenih mnogo gušće nego originalni.
Cilj je da se poboljša sposobnost detektora da registruje neutrine nižih energija, ali i da se preciznije proučava sam led. To će naučnicima omogućiti da više od decenije ranije prikupljenih podataka ponovo analiziraju sa većom preciznošću. Ovo unapređenje je korak ka još većem projektu.
Ajskjub Gen 2 trebalo bi da proširi detektor na približno osam kubnih kilometara, uz površinski niz detektora i radio-antene postavljene iznad njega. Novi sistem trebalo bi da bude osetljiv i na neutrine još većih energija.
Opservatorija napravljena od čitavog kontinenta
Svaki drugi teleskop na Zemlji predstavlja objekat koji su ljudi napravili i usmerili prema nebu. Ajskjub je drugačiji.
Led je već bio tamo. Nastajao je od snega koji je padao tokom prethodnih 100.000 godina. Inženjeri su ga samo "opremili", postavili senzore i omogućili mu da vidi.
Rezultat je instrument veličine planine, zakopan ispod najizolovanijeg mesta na planeti, koji tiho registruje plave bljeskove čestica nastalih u srcu crne rupe - čestica koje su prošle pravo kroz Zemlju i stigle do njega.
BONUS VIDO:
