Dò theo quỹ đạo hạt neutrino theo thời gian thực
Các nhà nghiên cứu hy vọng sẽ sử dụng hạt neutrino để phát hiện các nguồn bức xạ vũ trụ. Các thuật toán mới từ Bochum đang hỗ trợ thêm cuộc tìm kiếm này, và có thể loại trừ một số ứng viên.
Kể từ năm 2009, một nhóm nghiên cứu đã sử dụng máy dò neutriuno ở IceCube ở Nam Cực để tìm kiếm nguồn của bức xạ vũ trụ. Thuật toán mới của nhóm nghiên cứu ở Bochum, do giáo sư Anna Franckowiak phát triển, làm gia tăng khả năng cho phát hiện. Với những thuật toán đó, năng lượng và hướng của các hạt được đo đạc ở IceCube có thể được xác định trong thời gian thực, cho phép các kính viễn vọng khắp thế giới tìm kiếm được nguồn gốc của các hạt đó. Nhóm nghiên cứu đã sử dụng những thuật toán mới để tái đánh giá dữ liệu thu thập được, và gần đây đã loại đi nhiều ứng viên của các nguồn gốc tia vũ trụ.
Bức xạ vũ trụ bắn phá trái đất liên tục dưới hình thức của vô số hạt như các electron, proton, và neutrino, nhưng người ta vẫn còn chưa đủ sức xác quyết được nguồn gốc của nó. Các hạt neutrinos có thể đâm xuyên qua không gian và vật chất ở khoảng cách xa mà không tương tác. Điều này khiến cho chúng trở thành ứng viên lý tưởng nguồn gốc của bức xạ vũ trụ bởi vì chúng di chuyển trên một con đường ít trực tiếp nhiều hơn hay ít hơn từ nguồn phát của chúng đến trái đất. Do đó, IceCube có thể dò được chúng.
Xác định quỹ đạo neutrino chính xác và nhanh chóng
Thuật toán phân tích các quỹ đạo neutrino của nhóm nghiên cứu do Anna Franckowiak dẫn dắt hoạt động với tốc độ xử lý và độ chính xác cao. “Chúng tôi cần khoảng 30 giây để tính toán năng lượng và hướng của một hạt neutrino, và ngay lập tức phân phối thông tin khắp thế giới”, Franckowiak, người dẫn dắt Nhóm nghiên cứu Thiên văn đa bước sóng và đa tín hiệu. Cô là thành viên của Trung tâm nghiên cứu hợp tác “Vũ trụ tương tác vật chất”, do Bochum điều phối.
Nhóm nghiên cứu sử dụng một thuật toán chậm hơn để tinh chỉnh thuật toán ban đầu, kết quả tức thì và cập nhật thông tin về nguồn gốc của neutrino. Tính toán quỹ đạo giờ chính xác hơn bốn đến năm lần so với phương pháp trước đây.
Các kính viễn vọng khắp thế giới sử dụng các tín hiệu neutrino để dò vùng trời mà các hạt neutrino có thể tới để tìm kiếm bất cứ thiên thể giàu năng lượng nào đó có thể phát ra hạt này. “Các thiên thể đó có thể chỉ phát đi trong thời gian ngắn, vì vậy điều cốt yếu là hệ thống của chúng tôi vận hành theo thời gian thực”, Franckowiak nói.
Vẫn còn chưa xác định được nguồn phát
Một khi dò được một nguồn tiềm năng phát xạ hạt neutrino, các phép tính sẽ tiếp tục. “Sau đó, chúng tôi sẽ xác định khả năng bằng cách dò lại theo hướng mà neutrino tới, tuy nhiên chúng tôi đã thấy một thiên thể sáng lên nhưng không phải là nguồn phát neutrino,” Franckowiak nói.
Các nhà nghiên cứu đã xác định các sự kiện gián đoạn thủy triều như các vật phát các hạt neutrino. “Những sự kiện đó xảy ra khi một ngôi sao tiến quá gần một lỗ đen không hoạt động, không thèm khát nuốt bất kỳ vật chất nào nhưng vẫn đủ sức kéo dãn ngôi sao bởi sức hấp dẫn rất mạnh của nó. Phần của ngôi sao đối mặt với lỗ đen bị kéo dãn nhiều hơn so với phần còn lại, khiến cho có thể ngôi sao bị xé toạc ra”, nhà vật lý giải thích về sự kiện gián đoạn thủy triều.
Nhiều năm qua, IceCube đã phát hiện ra ba sự kiện hạt neutrino có thể là do các sự kiện gián đoạn thủy triều gây ra. Tuy nhiên, “sau khi chúng tôi cải thiện thuật toán của chúng tôi để tái cấu trúc quỹ đạo, chúng tôi phân tích các sự kiện một lần nữa và đường đi của hạt neutrino không khớp với vị trí mà sự kiện gián đoạn thủy triều xuất hiện”, Franckowiak nói.
Anh Vũ dịch từ Ruhr University Bochum
