Παράξενοι ραδιοπαλμοί εντοπίστηκαν από πάγους στην Ανταρκτική
Οι ασυνήθιστοι ραδιοπαλμοί ανιχνεύθηκαν από το πείραμα Antarctic Impulsive Transient Antenna (ANITA), μια σειρά οργάνων που πετάνε σε μπαλόνια ψηλά πάνω από την Ανταρκτική και έχουν σχεδιαστεί για να ανιχνεύουν ραδιοκύματα από κοσμικές ακτίνες που χτυπούν την ατμόσφαιρα. Από: Stephanie Wissel / Penn State.
Ένας ανιχνευτής κοσμικών σωματιδίων στην Ανταρκτική εξέπεμψε μια σειρά από παράξενα σήματα που αψηφούν την τρέχουσα κατανόηση της σωματιδιακής φυσικής, σύμφωνα με μια διεθνή ερευνητική ομάδα που περιλαμβάνει επιστήμονες από το Penn State. Οι ασυνήθιστοι ραδιοφωνικοί παλμοί ανιχνεύθηκαν από το πείραμα Antarctic Impulsive Transient Antenna (ANITA), μια σειρά οργάνων που πετάνε σε μπαλόνια ψηλά πάνω από την Ανταρκτική και έχουν σχεδιαστεί για να ανιχνεύουν ραδιοκύματα από κοσμικές ακτίνες που χτυπούν την ατμόσφαιρα.
Στόχος του πειράματος είναι η απόκτηση γνώσης για μακρινά κοσμικά γεγονότα αναλύοντας σήματα που φτάνουν στη Γη. Αντί να αντανακλώνται από τον πάγο, τα σήματα - μια μορφή ραδιοκυμάτων - φάνηκαν να προέρχονται από κάτω από τον ορίζοντα, ένας προσανατολισμός που δεν μπορεί να εξηγηθεί από την τρέχουσα κατανόηση της σωματιδιακής φυσικής και μπορεί να υποδηλώνει νέους τύπους σωματιδίων ή αλληλεπιδράσεις που ήταν προηγουμένως άγνωστες στην επιστήμη, ανέφερε η ομάδα.
Οι ερευνητές δημοσίευσαν τα αποτελέσματά τους στο περιοδικό Physical Review Letters .
«Τα ραδιοκύματα που ανιχνεύσαμε ήταν σε πολύ απότομες γωνίες, περίπου 30 μοίρες κάτω από την επιφάνεια του πάγου», δήλωσε η Στέφανι Γουίσελ, αναπληρώτρια καθηγήτρια φυσικής, αστρονομίας και αστροφυσικής, η οποία εργάστηκε στην ομάδα ANITA αναζητώντας σήματα από δυσδιάκριτα σωματίδια που ονομάζονται νετρίνα .
Εξήγησε ότι, σύμφωνα με τους υπολογισμούς τους, το ανώμαλο σήμα έπρεπε να περάσει μέσα από χιλιάδες χιλιόμετρα βράχου και να αλληλεπιδράσει με αυτόν πριν φτάσει στον ανιχνευτή, κάτι που θα έπρεπε να είχε αφήσει το ραδιοσήμα μη ανιχνεύσιμο επειδή θα είχε απορροφηθεί από τον βράχο.
«Είναι ένα ενδιαφέρον πρόβλημα επειδή ακόμα δεν έχουμε μια εξήγηση για το ποιες είναι αυτές οι ανωμαλίες, αλλά αυτό που γνωρίζουμε είναι ότι πιθανότατα δεν αντιπροσωπεύουν νετρίνα», είπε ο Wissel.
Τα νετρίνα, ένας τύπος σωματιδίου χωρίς φορτίο και με τη μικρότερη μάζα από όλα τα υποατομικά σωματίδια, αφθονούν στο σύμπαν. Συνήθως εκπέμπονται από πηγές υψηλής ενέργειας όπως ο ήλιος ή από μεγάλα κοσμικά γεγονότα όπως οι σουπερνόβα ή ακόμα και η Μεγάλη Έκρηξη, και υπάρχουν σήματα νετρίνων παντού. Το πρόβλημα με αυτά τα σωματίδια, ωστόσο, είναι ότι είναι γνωστά για τη δυσκολία τους στην ανίχνευση, εξήγησε ο Wissel.
«Ένα δισεκατομμύριο νετρίνα περνούν από το νύχι σας ανά πάσα στιγμή, αλλά τα νετρίνα δεν αλληλεπιδρούν πραγματικά», είπε. «Έτσι, αυτό είναι το δίκοπο μαχαίρι. Αν τα ανιχνεύσουμε, σημαίνει ότι έχουν ταξιδέψει σε όλη αυτή τη διαδρομή χωρίς να αλληλεπιδράσουν με τίποτα άλλο. Θα μπορούσαμε να ανιχνεύουμε ένα νετρίνο που προέρχεται από την άκρη του παρατηρήσιμου σύμπαντος».
Το ANITA τοποθετήθηκε στην Ανταρκτική επειδή υπάρχει μικρή πιθανότητα παρεμβολών από άλλα σήματα. Για να καταγράψει τα σήματα εκπομπής, ο ανιχνευτής ραδιοσυχνοτήτων που μεταφέρεται από μπαλόνι αποστέλλεται για να πετάξει πάνω από τμήματα πάγου, καταγράφοντας αυτό που ονομάζεται βροχή πάγου. Από: Stephanie Wissel / Penn State.
Μόλις ανιχνευθούν και εντοπιστούν στην πηγή τους, αυτά τα σωματίδια μπορούν να αποκαλύψουν περισσότερα για τα κοσμικά γεγονότα από ό,τι ακόμη και τα πιο ισχυρά τηλεσκόπια, πρόσθεσε ο Wissel, καθώς τα σωματίδια μπορούν να ταξιδεύουν ανενόχλητα και σχεδόν τόσο γρήγορα όσο η ταχύτητα του φωτός, δίνοντας ενδείξεις για κοσμικά γεγονότα που συνέβησαν έτη φωτός μακριά.
Η Wissel και ομάδες ερευνητών σε όλο τον κόσμο εργάζονται για να σχεδιάσουν και να κατασκευάσουν ειδικούς ανιχνευτές για να καταγράφουν ευαίσθητα σήματα νετρίνων, ακόμη και σε σχετικά μικρές ποσότητες. Ακόμα και ένα μικρό σήμα από ένα νετρίνο περιέχει έναν θησαυρό πληροφοριών, επομένως όλα τα δεδομένα έχουν σημασία, είπε.
«Χρησιμοποιούμε ραδιοανιχνευτές για να προσπαθήσουμε να κατασκευάσουμε πραγματικά, πραγματικά μεγάλα τηλεσκόπια νετρίνων, ώστε να μπορέσουμε να επιδιώξουμε ένα αρκετά χαμηλό αναμενόμενο ποσοστό συμβάντων», δήλωσε ο Wissel, ο οποίος έχει σχεδιάσει πειράματα για τον εντοπισμό νετρίνων στην Ανταρκτική και τη Νότια Αμερική.
Ο ανιχνευτής ANITA είναι ένας από αυτούς τους ανιχνευτές και τοποθετήθηκε στην Ανταρκτική επειδή υπάρχει μικρή πιθανότητα παρεμβολών από άλλα σήματα. Για να καταγράψει τα σήματα εκπομπής, ο ραδιοανιχνευτής που μεταφέρεται από μπαλόνι αποστέλλεται για να πετάξει πάνω από τμήματα πάγου, καταγράφοντας αυτό που ονομάζεται «βροχή πάγου».
«Έχουμε αυτές τις ραδιοφωνικές κεραίες σε ένα μπαλόνι που πετάει 40 χιλιόμετρα πάνω από τον πάγο στην Ανταρκτική», είπε η Wissel. «Στρέφουμε τις κεραίες μας προς τα κάτω στον πάγο και αναζητούμε νετρίνα που αλληλεπιδρούν στον πάγο, παράγοντας ραδιοεκπομπές που μπορούμε στη συνέχεια να ανιχνεύσουμε στους ανιχνευτές μας».
Αυτά τα ειδικά νετρίνα που αλληλεπιδρούν με τον πάγο, που ονομάζονται ταυ νετρίνα, παράγουν ένα δευτερογενές σωματίδιο που ονομάζεται ταυ λεπτόνιο, το οποίο απελευθερώνεται από τον πάγο και διασπάται. Ο φυσικός όρος αναφέρεται στον τρόπο με τον οποίο το σωματίδιο χάνει ενέργεια καθώς ταξιδεύει στο διάστημα και διασπάται στα συστατικά του. Αυτό παράγει εκπομπές γνωστές ως καταιγίδες αέρα.
Αν ήταν ορατά με γυμνό μάτι, οι ριπές αέρα μπορεί να έμοιαζαν με ένα βεγγαλικό που κυματίζει προς μία κατεύθυνση, με σπινθήρες να το ακολουθούν, εξήγησε ο Wissel. Οι ερευνητές μπορούν να διακρίνουν μεταξύ των δύο σημάτων - πάγου και ριπών αέρα - για να προσδιορίσουν χαρακτηριστικά σχετικά με το σωματίδιο που δημιούργησε το σήμα.
Αυτά τα σήματα μπορούν στη συνέχεια να εντοπιστούν πίσω στην προέλευσή τους, παρόμοια με το πώς μια μπάλα που ρίχνεται υπό γωνία θα αναπηδήσει προβλέψιμα πίσω στην ίδια γωνία, είπε η Wissel. Τα πρόσφατα ανώμαλα ευρήματα, ωστόσο, δεν μπορούν να εντοπιστούν με τέτοιο τρόπο, καθώς η γωνία είναι πολύ πιο έντονη από ό,τι προβλέπουν τα υπάρχοντα μοντέλα.
Η Στέφανι Γουίσελ και ομάδες ερευνητών σε όλο τον κόσμο εργάζονται για να σχεδιάσουν και να κατασκευάσουν ειδικούς ανιχνευτές για να καταγράφουν ευαίσθητα σήματα νετρίνων, ακόμη και σε σχετικά μικρές ποσότητες. Ακόμα και ένα μικρό σήμα από ένα νετρίνο περιέχει έναν θησαυρό πληροφοριών, επομένως όλα τα δεδομένα έχουν σημασία, είπε. Από: Στέφανι Γουίσελ / Penn State.
Αναλύοντας δεδομένα που συλλέχθηκαν από πολλαπλές πτήσεις του ANITA και συγκρίνοντάς τα με μαθηματικά μοντέλα και εκτεταμένες προσομοιώσεις τόσο των κανονικών κοσμικών ακτίνων όσο και των ανοδικών ατμοσφαιρικών καταιγίδων, οι ερευνητές μπόρεσαν να φιλτράρουν τον θόρυβο υποβάθρου και να εξαλείψουν την πιθανότητα άλλων γνωστών σημάτων που βασίζονται σε σωματίδια.
Στη συνέχεια, οι ερευνητές διασταύρωσαν σήματα από άλλους ανεξάρτητους ανιχνευτές, όπως το Πείραμα IceCube και το Παρατηρητήριο Pierre Auger, για να δουν αν δεδομένα από ανοδικές καταιγίδες αέρα , παρόμοια με αυτά που βρέθηκαν από το ANITA, καταγράφηκαν από άλλα πειράματα.
Η ανάλυση αποκάλυψε ότι οι άλλοι ανιχνευτές δεν κατέγραψαν τίποτα που θα μπορούσε να εξηγήσει αυτό που ανίχνευσε το ANITA, γεγονός που οδήγησε τους ερευνητές να περιγράψουν το σήμα ως «ανώμαλο», που σημαίνει ότι τα σωματίδια που προκαλούν το σήμα δεν είναι νετρίνα, εξήγησε ο Wissel.
Τα σήματα δεν ταιριάζουν στην τυπική εικόνα της σωματιδιακής φυσικής, και ενώ αρκετές θεωρίες υποδηλώνουν ότι μπορεί να είναι μια υπόδειξη σκοτεινής ύλης, η έλλειψη παρατηρήσεων παρακολούθησης με το IceCube και το Auger περιορίζει πραγματικά τις πιθανότητες, είπε.
Το Πανεπιστήμιο Penn State κατασκευάζει ανιχνευτές και αναλύει σήματα νετρίνων για σχεδόν 10 χρόνια, εξήγησε η Wissel, και πρόσθεσε ότι η ομάδα της σχεδιάζει και κατασκευάζει αυτήν τη στιγμή τον επόμενο μεγάλο ανιχνευτή. Ο νέος ανιχνευτής , που ονομάζεται PUEO, θα είναι μεγαλύτερος και καλύτερος στην ανίχνευση σημάτων νετρίνων, είπε η Wissel, και ελπίζουμε ότι θα ρίξει φως στο τι ακριβώς είναι το ανώμαλο σήμα.
«Υποθέτω ότι κάποιο ενδιαφέρον φαινόμενο διάδοσης ραδιοκυμάτων συμβαίνει κοντά στον πάγο και επίσης κοντά στον ορίζοντα, το οποίο δεν κατανοώ πλήρως, αλλά σίγουρα εξερευνήσαμε αρκετά από αυτά και δεν έχουμε καταφέρει να βρούμε κανένα από αυτά ακόμη», είπε ο Wissel.
«Έτσι, αυτή τη στιγμή, είναι ένα από αυτά τα μακροχρόνια μυστήρια, και είμαι ενθουσιασμένος που όταν πετάξουμε το PUEO, θα έχουμε καλύτερη ευαισθησία. Κατ' αρχήν, θα πρέπει να εντοπίσουμε περισσότερες ανωμαλίες, και ίσως τελικά να καταλάβουμε τι είναι. Μπορεί επίσης να ανιχνεύσουμε νετρίνα, κάτι που κατά κάποιο τρόπο θα ήταν πολύ πιο συναρπαστικό».
Ο άλλος συν-συγγραφέας του Penn State είναι ο Andrew Zeolla, υποψήφιος διδάκτορας φυσικής.
Γεωδίφης με πληροφορίες από τη σελίδα phys.org
A. Abdul Halim et al, Search for the Anomalous Events Detected by ANITA Using the Pierre Auger Observatory, Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/PhysRevLett.134.121003
https://www.psu.edu/
https://phys.org/news/2025-06-strange-radio-pulses-ice-antarctica.html#google_vignette