De kaldes med god grund spøgelsespartikler, for du kan ikke se dem, og de har for vane at passere gennem alting - også din krop - uden at efterlade sig spor.
Neutrinoer, som de rigtigt hedder, er derfor svære at blive klog på.
For når disse besynderlige elementarpartikler - altså nogle af universets mindste byggesten - suser ubemærket omkring og kun meget sjældent påvirker andet stof, er de også svære at måle.
Men fysikerne ved, at alle stjerner udsender store mængder af de mystiske partikler, og nu har forskere fra Niels Bohr Institutet på Københavns Universitet kortlagt strømmen af neutrinoer fra Mælkevejens stjerner.
»Vi fandt ud af, at de fleste neutrinoer fra andre stjerner end Solen kommer fra Mælkevejens indre dele. De udsendes af stjerner, der er på størrelse med Solen eller større,« siger postdoc Pablo Martínez-Miravé.
»Jeg var ret overrasket over, hvor mange af neutrinoerne, der kommer fra store stjerner. Der findes nemlig mange, mange flere små stjerner i galaksen. Men de bidrager mindre til strømmen af neutrinoer,« fortsætter Pablo Martínez Miravé, der står bag studiet sammen med professor Irene Tamborra.
\ Neutrinoer - kort fortalt
- Neutrinoer er elementarpartikler, altså nogle af universets fundamentale byggeklodser.
- De er meget lette, elektrisk neutrale og bevæger sig med hastigheder nær lysets.
- De vekselvirker - altså interagerer - kun uhyre sjældent med andre partikler og kan nemt passere uhindret igennem hele jordkloden. Derfor kaldes de også spøgelsespartikler.
- De dannes bl.a. i kernereaktioner i stjerner, i supernova-eksplosioner og andre energirige kosmiske begivenheder.
- Billioner af neutrinoer passerer gennem din krop hvert sekund, uden at du mærker det.
Vi bliver bombarderet med neutrinoer
Langt de fleste af de neutrinoer, der rammer Jorden, kommer fra Solen. De bliver skabt ved kernereaktioner i Solens indre. Hvert eneste sekund bliver hver af os ramt af flere hundrede billioner neutrinoer fra Solen.
De to forskere satte sig for at undersøge, hvor mange neutrinoer der stammer fra andre stjerner i galaksen, hvor de kommer fra, og hvilken energi de har. Resultatet er publiceret i tidsskriftet Physical Review D.
De fandt blandt andet ud af, at hver kvadratcentimeter af Jorden bliver ramt af knap 1.300 neutrinoer fra stjernerne i sekundet. Hvert sekund passerer mere end 10 millioner stjerneneutrinoer tværs igennem vores krop, uden at vi bemærker det.
\ Naturens spøgelser er svære at indfange
Neutrinoer dannes i stort tal i stjernerne, og ikke mindst når udbrændte stjerner eksploderer som supernovaer.
Der dannes også neutrinoer ved kernereaktioner tættere på os, for eksempel i atomkraftværker og ved henfaldet af radioaktive stoffer.
Enorme neutrinodetektorer er i stand til at fange sporene efter neutrinoer, når de en sjælden gang imellem rammer almindeligt stof som for eksempel vand.
Data fra rumteleskop hjalp med kortlægningen
Neutrinoerne er spændende, fordi de kan give et unikt indblik i stjernernes indre. De kan røbe, hvordan lette atomkerner smelter sammen til tungere i de fusionsprocesser, der er stjernernes energikilde, og hvordan det varierer med stjernens størrelse og alder.
Den nye kortlægning er baseret på teoretiske modeller af stjernerne kombineret med data fra rumteleskopet Gaia. Det har kortlagt Mælkevejen, så vi nu kender strukturen af vores galakse og fordelingen af stjerner i den.
Forskerne har altså ikke været ude og tælle neutrinoerne direkte, og det er der en god grund til. Det er nemlig endnu ikke muligt at fange og genkende de neutrinoer, der kommer fra andre stjerner end Solen.
I nuværende detektorer drukner signalerne fra stjernernes neutrinoer i havet af neutrinoer fra andre kilder, især Solen.
Nye detektorer skal der til
Men det kan ændre sig med nye og mere følsomme detektorer, og så er det smart at vide, hvad man skal kigge efter. Det er her, den nye kortlægning af neutrinoerne kan blive nyttig.
»Hvis man vil fange neutrinoer fra andre stjerner, skal man kigge i retning af Mælkevejens centrum. Det hænger sammen med, at der er mange store stjerner derinde, og at tætheden af stjerner er størst tættest på Mælkevejens centrum,« siger Pablo Martínez-Miravé.
»Nu har vi forudsagt, hvor mange neutrinoer, der kommer fra stjernerne. Så må vi se, om det passer med, hvad der bliver detekteret i fremtidige eksperimenter. Det kan jo være, vores forståelse af fordelingen af stjerner i galaksen eller processerne i stjernernes indre kunne være bedre,« fortsætter han.
Svært at skelne mellem neutrinoer
Neutrinoforsker og ph.d. Kathrine Mørch Groth er helt enig i, at neutrinoerne kan lære os en masse om stjernerne i vores galakse. Det baner det nye forskningsresultat baner vejen for.
Specielt er det smart, at vi kan få information om stjerner, vi ikke kan se på andre måder, for eksempel fordi de gemmer sig på den anden side af galaksens centrum.
Men i praksis kan det blive svært at måle stjernernes neutrinoer, forklarer Kathrine Mørch Groth. Hun er tilknyttet Niels Bohr Institutet, men arbejder ikke sammen med Pablo Martínez-Miravé og Irene Tamborra. I stedet beskæftiger hun sig mest med neutrinodetektoren IceCube på Sydpolen.
»Problemet er, at det er svært at skelne neutrinoerne fra galaksens stjerner fra dem, der kommer fra Solen, fra universets supernovaer, fra atomkraftværker og fra henfaldet af radioaktive stoffer i Jorden,« siger hun og fortsætter:
»Forskerne nævner selv, at man kan bygge en detektor langt fra atomreaktorer, på et sted hvor der heller ikke er så mange neutrinoer fra radioaktive henfald i jordskorpen. Ved at holde styr på orienteringen af Jorden i forhold til Solen kan man måske frasortere neutrinoerne fra Solen, men man vil stadig have dem fra supernovaerne.«
Der er ingen planer om at bygge sådan en detektor, der er målrettet stjernernes neutrinoer. Men måske kan fremtidige detektorer som den japanske Hyper-Kamiokande eller en opgraderet version af den kinesiske JUNO også bruges.
Det kræver dog, at forskerne finder på snedige måder at sortere i de mange data, så stjerneneutrinoerne kan udskilles. Og så vil det vise sig, om den nye, teoretiske kortlægning passer med virkeligheden.
(Illustration: Sarang/H. Bendix)
\ Kilder
'Neutrinos from stars in the Milky Way', Physical Review D (2026), DOI: 10.1103/tw4t-jk8d
