Rewolucja przyszła do nas za sprawą obserwatorium neutrin IceCube na stacji Amundsen-Scott na Biegunie Południowym. To właśnie ono stworzyło obraz naszej galaktyki widzianej z Ziemi w zakresie neutrin. Nad obrazem przedstawionym poniżej pracował międzynarodowy zespół składający się z ponad 350 naukowców. Dzięki ich wytężonej pracy po raz pierwszy udało się stworzyć obraz przedstawiający wysokoenergetyczne neutrina wyemitowane we wnętrzu naszej galaktyki. Mówimy tutaj o neutrinach, których energie są nawet miliardy razy wyższe od tych, które wytwarzane są w reakcjach syntezy jądrowej we wnętrzach gwiazd.
IceCube wygląda jak urządzenie nie z tej ziemi. Jest to kilometr sześcienny czystego antarktycznego lodu wyposażony w 5000 czujników światła. Ten nietypowy sześcian poszukuje bezustannie sygnałów przelotu przez Ziemię wysokoenergetycznych neutrin pochodzących zarówno z naszej galaktyki, jak i z najodleglejszych rejonów wszechświata. Choć to sprzeczne z intuicją, w przypadku neutrin to neutrina z odległych rejonów wszechświata przyćmiewały, a tym samym utrudniało wykrycie neutrin wyemitowanych w naszej własnej galaktyce.
Czytaj także: Chiny biorą się za neutrina. Powstaje gigantyczny detektor
Neutrina zapewniają nam zupełnie nowe okno na Wszechświat. Choć jak na razie obraz w zakresie neutrin jest bardzo rozmyty, to naukowcy przekonani są, że z czasem rozdzielczość obrazu galaktyki w zakresie neutrin wzrośnie. To z kolei będzie mogło być może odsłonić przed nami takie cechy morfologii naszej galaktyki, o których obecnie nie wiemy absolutnie nic.
Cały problem z obserwacją neutrin z naszej galaktyki polegał na tym, że naukowcy starali się ich szukać mając w tle miony i neutrina wytwarzane wskutek oddziaływań promieniowania kosmicznego z ziemską atmosferą. W takiej sytuacji poszukiwanie neutrin z wnętrza Drogi Mleczne przypominało szukanie igły w stogu siana.
Neutrina odkryte dzięki zdarzeniom kaskadowym
Aby poradzić sobie z tym problemem, naukowcy opracowali sposób analizy, który wybiera tylko zdarzenia kaskadowe lub oddziaływania neutrin z lodem skutkujące kulistymi deszczami światła. Choć były to istotne kroki, to prawdziwą rewolucją było wdrożenie metod uczenia maszynowego opracowanych przez fizyków z Uniwersytetu Technicznego w Dortmundzie. To właśnie w tym momencie algorytmy zaczęły coraz lepiej identyfikować kaskady powodowane przez neutrina oraz kierunek przemieszczającej się energii. Efekty były rewelacyjne. Stworzony obraz źródeł neutrin, wskutek precyzyjnej rekonstrukcji kątowej okazał się trzy razy dokładniejszy od wszystkich wcześniejszych.
Analizując obszar nieba w kierunku płaszczyzny Drogi Mlecznej astronomowie uwzględnili ponad 60 000 neutrin zarejestrowanych przez detektor IceCube na przestrzeni ostatnich 10 lat. Powstałą w ten sposób mapę porównano następnie ze stworzonymi wcześniej mapami, na których zaznaczono przewidywane miejsca galaktyki, które miały wprost świecić neutrinami.
Wychodzi zatem na to, że uczenie maszynowe to potężne narzędzie, które w przyszłości będzie nam pomagało przesuwać granice tego, co wiemy o wszechświecie.
Przedstawione w czwartek wyniki obserwacji potwierdziły ostatecznie, że nasza galaktyka jest źródłem wysokoenergetycznych neutrin. Następnym krokiem będzie zidentyfikowanie konkretnych obiektów w tej galaktyce, które są ich źródłami.