Tenk deg å fange én enkelt regndråpe – og så forstå at den må ha kommet fra et uvær på den andre siden av universet.
Noe i den størrelsesordenen skjedde 13. februar 2023, da en detektor dypt nede i Middelhavet registrerte passasjen av en nærmest ufattelig energirik nøytrino. Partikkelen bar på rundt 220 PeV energi og knuste den forrige rekorden med god margin.
Nøytrinoer blir ofte kalt universets spøkelsespartikler. De har nesten ingen masse, ingen elektrisk ladning og påvirker vanlig materie så svakt at milliarder av dem kan ha passert gjennom kroppen din siden du begynte å lese, uten at du merker det.
Å oppdage én eneste nøytrino ved så ekstrem energi krever derfor enorme ressurser. Det er nettopp grunnen til at KM3NeT ARCA finnes: et avansert målesystem forankret på havbunnen utenfor Sicilia, der Middelhavet fungerer som selve deteksjonsmediet.
Da signalet dukket opp, fikk det fysikerne til å stoppe opp. Ingenting i kjente «kataloger» over kosmiske hendelser passet komfortabelt med en partikkel på dette energinivået. Dermed startet det klassiske detektivarbeidet: Forskerne jobbet baklengs fra sporene, laget simuleringer og testet mulige forklaringer til de fant noe som stemte.
Den mest sannsynlige kandidaten, beskrevet i en ny forskningsartikkel i Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, er en type objekt som kalles blazar.
En blazar er en aktiv galaktisk kjerne – i praksis en galakse med et supermassivt svart hull i sentrum. Det svarte hullet sluker materiale og kan sende ut kraftige stråler av plasma i nær lyshastighet. Det som gjør blazarer spesielt interessante, er retningen: Strålen er ofte rettet nesten direkte mot oss. Da kan de fremstå som blant de mest intense og ekstreme objektene på himmelen.
Forskergruppen simulerte en realistisk «populasjon» av blazarer og beregnet hvor mange nøytrinoer en slik gruppe samlet sett burde produsere. Deretter sammenlignet de beregningene med faktiske observasjoner, ikke bare fra KM3NeT, men også fra IceCube i Antarktis og Fermi Gamma-ray Space Telescope.
Et sentralt poeng var også det instrumentene ikke hadde sett. Fraværet av flere tilsvarende ultraenergiske nøytrino-hendelser andre steder legger strenge begrensninger på hva som kan være årsaken. Ifølge analysen passer blazar-modellen med disse begrensningene.
Et viktig spor kan dessuten tyde på at funnet ikke kom fra én enkelt, dramatisk hendelse. Når noe katastrofalt skjer i det fjerne rom, som en eksplosjon eller kraftig utbrudd, ledsages det ofte av et samtidig «lysbluss» på tvers av flere bølgelengder. For nøytrinoen fra 2023 ble det ikke funnet noen slik elektromagnetisk motpart.
Det peker i retning av en mer diffus forklaring: ikke ett objekt som gjorde noe helt ekstraordinært der og da, men mange objekter som samlet lager en jevn bakgrunn av ekstreme partikler – der én av dem tilfeldigvis traff detektoren på riktig tidspunkt.
Da rekordnøytrinoen ble fanget opp, var KM3NeT i drift med bare 21 deteksjonslinjer, omtrent 10 prosent av den planlagte fullskala-utbyggingen. Med et komplett anlegg og flere år med data fremover forventer forskerne langt mer presise analyser.
Foreløpig står blazarer igjen som hovedmistenkte. Hvis det viser seg at de faktisk kan akselerere partikler til energier på dette nivået, kan det tvinge fram en ny forståelse av universets mest ekstreme «motorer».
