Cząstki-duchy znane jako neutrina od dziesięcioleci fascynują naukowców. Jesteśmy bliżej rozwiązania tajemnicy ich pochodzenia. Będące częścią rodziny fundamentalnych cząstek, które budują całą znaną materię, neutrina poruszają się bez przeszkód we wszechświecie i nie wchodzą w interakcję praktycznie z niczym. Większość z nich przenika Ziemię tak, jakby jej nie było, co sprawia, że wyjątkowo trudno jest je wykryć i badać.

Mimo tego, naukowcy odkryli, że wiele z neutrin powstaje w Słońcu, a nawet w naszej własnej atmosferze. Jednak źródło jednej grupy wysokoenergetycznych neutrin znanych jako neutrina kosmiczne pozostaje szczególnie nieuchwytne. Dopiero teraz okazało się, że odległe galaktyki zasilane supermasywnymi czarnymi dziurami mogą strzelać wiązkami kosmicznych neutrin prosto w kierunku Ziemi.

Wszystko zaczyna się w IceCube, bardzo czułym detektorze zakopanym ok. 2 km pod antarktycznym lodem, niedaleko stacji Amundsen-Scott na biegunie południowym.

- Aby uzyskać wymierny sygnał z niewielkiej frakcji neutrin, które wchodzą w interakcję, fizycy muszą budować niezwykle duże detektory - powiedziała dr Susan Cartwright, fizyk cząstek elementarnych z Uniwersytetu w Sheffield.

Pomiary kosmicznych neutrin w porównaniu do tych, które pochodzą z odległości bliższych Ziemi są jak próby "liczenia świetlików podczas pokazu sztucznych ogni". Jednak 22 września 2017 r. jedno z tych neutrin pojawiło się w pobliżu układu IceCube i dość niespodziewanie weszło w interakcję z otaczającym materiałem, tworząc kolejną cząstkę elementarną zwaną mionem. Ten przebił się przez lód w tym samym kierunku, co neturino, iskrząc się w innych atomach i tworząc widoczny ślad, który IceCube mógł schwytać.

- IceCube mierzy ten szlak świetlny. Możemy to zrobić całkiem precyzyjnie, dzięki czemu możemy zmierzyć kierunek toru neutrinowego - powiedział prof. Albrecht Karle z Uniwersytetu w Wisconsin-Madison.

Wykorzystując te zależności, IceCube może obliczyć przybliżony obszar nieba, z którego podróżowała cząstka.

Krok drugi: znaleźć drogę do domu

W ciągu zaledwie 43 sekund wysłano alarm do teleskopów, aby natychmiast rozpoczęły obserwacje konkretnego wycinka nocnego nieba. To wynik decyzji sprzed dwóch lat, kiedy to zespół IceCube zdecydował, że zamiast samodzielnie gromadzić dane do publikacji, będzie wysyłać je do innych astronomów, zapraszając innych badaczy do namierzaniu neutrin, gdy tylko zostaną wykryte.

- Tradycyjnie w astronomii patrzymy na obraz nieba, jakby było statyczne, ale w rzeczywistości jest to film, w którym przez cały czas pojawiają się błyski i rzeczy, które po chwili znikają. Zamiast kolekcjonować dane i udostępniać je astronomom trzy lata później po publikacji badań, zmieniliśmy podejście. Przeszliśmy do czasu rzeczywistego - powiedział prof. Karle.

Swoje zainteresowanie namierzeniem neutrin błyskawicznie zgłosiło aż osiem różnych obserwatoriów.

Najtrudniejszą częścią jest to, że nawet jeśli IcCube potrafi namierzyć pochodzenie neutrin z dokładnością do połowy stopnia nieba, to nadal jest to obszar mniej więcej wielkości Księżyca widzianego z powierzchni Ziemi. Taki region może obejmować wiele galaktyk i znacznie bardziej egzotycznych obiektów. Ale tym razem naukowcom się poszczęściło.

Galaktyka zawierająca "potworną" czarną dziurę około 100 mln razy większą od Słońca znajdowała się dokładnie tam, gdzie podejrzewano. I to właśnie ona była źródłem kosmicznych neutrin, które dotarły na Ziemię.