Sve elementarne čestice predstavljaju velike zagonetke, čija je svojstva vrlo teško, ako ne i nemoguće intuitivno pojmiti. Jedna od njih - teško uhvatljivi neutrino - posebno je intrigantna, kako zbog svoje nesklonosti međudjelovanju s ostatkom tvari, tako i zbog svoje zapanjujuće brojnosti. Čak i u egzotičnom svijetu subatomske fizike, neutrina svojom čudnovatošću zauzimaju posebno mjesto. Primjerice, samo zahvaljujući svojoj sposobnosti - i potrebi - da dok se gibaju prostorom nesprestano mijenjanju svoja temeljna svojstva (okuse), neutrina posjeduju masu, premda izuzetno malu. Kolika je ta masa, nije poznato s izvjesnošću, ali trenutno najbolje procjene daju njen iznos od oko milijun i pol puta manji od mase ionako sićušnog elektrona! Za razliku od elektrona, neutrino nema električni naboj, pa na njega ne djeluju električna i magnetska polja, a zahvaljujući maloj masi, on se ne obazire previše ni na gravitacijsku silu. Zapravo, ta čestica s drugim elementima tvari komunicira jedino slabom nuklearnom silom, koja djeluje tek na vrlo malim udaljenostima. Zahvaljujući svemu tome, neutrina prevaljuju enormne udaljenosti u svemiru bez da ičim budu zaustavljena, usporena ili skrenuta. Ona bez poteškoća prolaze kroz masivna tijela i samo izuzetno mali udio neutrina u nekoj struji može biti zaustavljen, primjerice, česticama koje tvore neki planet. Teorija, a i dosad poduzeta promatranja, pokazuju da je svemir natopljen neizmjernim mnoštvom tih čestica različitih energija (tj. brzina). Za razliku od masivnijih čestica, koje su obično električno nabijene, i fotona elektromagnetskog zračenja, koje smo sve naučili prilično lako hvatati različitim detektorima, neutrina je po prirodi stvari vrlo teško registrirati. Naravno, to znanstvenike i inženjere nije spriječilo da ipak smisle više načina - redovito vrlo posrednih - za njihovo uočavanje. Premda vrlo mali postotak neutrina koji pogode Zemlju uđe u međudjelovanje s tvari našeg planeta, zahvaljujući njihovoj brojnosti, moguće je ipak s vremena na vrijeme registrirati poneki od energičnih srazova neutrina i "običnih" čestica. Naime, svake sekunde kroz naša tijela prostruji na bilijune neutrina, a da ih mi uopće ne postanemo svjesni! Ako neki vrlo brzi neutrino uđe u interakciju s, primjerice, molekulama vode (tekuće ili smrznute), od njega može nastati elektron koji, giba li se brzinom većom od brzine svjetlosti u vodi, odašilje tzv. Čerenkovljevo zračenje. To slabašno plavičasto svjetlucanje može se registrirati vrlo osjetljivim detektorima, smještenima oko velikih podzemnih spremnika vode ili leda. Uz dovoljno teorijskog znanja i pomnu obradu podataka, moguće je u tome treperenju razlučiti prepoznatljivi potpis neutrina. Zanimljivo je da ta vrsta neutrinskih "teleskopa" lakše prepoznaje neutrina koja dolaze odozdo, s druge strane Zemlje. Tako je stoga što s neba stižu i druge čestice koje mogu unijeti šum u promatranje, dok kroz cijeli Zemljin volumen mogu bez ometanja proći jedino neutrina!

Ogromna većina opaženih neutrina stigla je iz jednog jedinog izvora na nebu - iz Sunca. Ta su neutrina razmjerno malih energija i ona imaju značajnu ulogu u našim nastojanjima da shvatimo procese unutar te nama najvažnije zvijezde. Ali detektori povremeno registriraju neutrina koja posjeduju na milijune puta veću energiju, a koja stižu iz dalekih kozmičkih izvora. Izvori tih visokoenergijskih neutrina ostaju velikom tajnom astrofizike i dosad je samo jednom opažena emisija neutrina s velikom pouzdanošću povezana s nekim dalekim procesom u svemiru. Bilo je to u veljači 1987. g, kada su dva do tri sata prije negoli je do Zemlje stigla svjetlost eksplozije jedne supernove u tri različita detektora zabilježena ukupno 24 neutrina visokih energija! Ta se supernova (SN 1987A) zbila na oko 168 tisuća svjetlosnih godina od nas, u patuljastoj galaktici Veliki Magellanov Oblak, koja je satelit našeg Mliječnog Puta. Bila je to zasad posljednja supernova koja se na nebu Zemlje dala vidjeti prostim okom, premda ne iz naših krajeva. Radilo se o urušnoj supernovi, skončanju masivne zvijezde koja se zbog gubitka fuzijskog goriva u svojoj jezgri više nije mogla toplinom suprotstavljati vlastitoj sili teži. Procijenjuje se da se oko 99 posto energije koja se oslobodi u tim kataklizmičkim događajima javi u vidu bujice neutrina, a ne u obliku elektromagnetskog zračenja ili udarnog vala! Neutrina koja nastanu pri urušavanju zvjezdane jezgre od normalnih atoma u degeneriranu neutronsku zvijezdu, provale iz zvijezde gibajući se kroz njenu masu praktično brzinom svjetlosti, dok se bljesak eksplozije pojavi na površini zvijezde tek kada do nje dopre puno sporiji mehanički udarni val. Zato su neutrina iz SN 1987A zabilježena malo PRIJE negoli njen svjetlosni bljesak! Nije pretjerano kazati da je opisano opažanje neutrina iz supernove predstavljalo začetak neutrinske astronomije, barem kada je riječ o izvorima dalekog svemira.

Dvije slike dinamičnog ostatka SN 1987A.

Od te već daleke 1987. g. nije sa sigurnošću identificiran nijedan drugi izvor kozmičkih neutrina. No, u studenom prošle godine je objavljen znanstveni rad u kojem je opisano istraživanje koje bi moglo značiti značajan iskorak na tom planu. Koristeći tri NASA-ina rendgenska teleskopa - Chandru, Swifta i NuSTAR-a - znanstvenici su pronašli jasne naznake da neutrina visokih energija stižu iz još jednog određenog izvora u svemiru: supermasivne crne jame u središtu naše galaktike, koja ima oko četiri milijuna Sunčevih masa i koju nazivamo Strijelac A* (ili kraće Sgr A*). Nakon što su usporedili vremena prispjeća neutrina visokih energija, zabilježenih podzemnim detektorom IceCube (engl. kocka leda) smještenim na Antarktici, s vremenima opažanja rendgenskih provala iz Sgr A*, istraživači su smjesta uočili moguću povezanost. Posebice im je upalo u oči da su neutrina visoke energije stigla do IceCuba za manje od tri sata nakon što su astronomi svjedočili najvećoj rendgenskoj baklji ikada viđenoj da izbija iz Sgr A*! Dakako, zračenje ne može stići iz same crne jame, već jedino iz njene neposredne okolice, a do provala dolazi usljed padanja značajnije količine tvari k površini toga kompaktnog objekta. Kako je supermasivna crna jama Mliječnog Puta udaljena od nas oko 26000 svjetlosnih godina, visokoenergijska neutrina registrirana IceCubeom stigla su do nas brzinom od oko 0,99999999 brzine svjetlosti u vakuumu. Pored toga, nekoliko drugih bljeskova neutrina opaženih IceCubeom, javilo se u razmaku od nekoliko dana od manjih baklji iz supermasivne crne jame, viđenih Swiftom i NuSTAR-om. Iako to još nije potpuni znanstveni dokaz da je Sgr A* izvor neutrina visoke energije (mogla bi biti riječ o slučajnoj podudarnosti), radi se ipak o uvjerljivoj i zanimljivoj indiciji. Vjerodostojnost ovog opažanja neće biti teško provjeriti dodatnim opservacijama. Znanstvenici koji su proveli tu studiju još uvijek nastoje protumačiti na koji bi način Sgr A* mogla proizvoditi brza neutrina. Prema jednoj zamisli, to bi se događalo kada bi čestice oko crne jame bile ubrzane udarnim valom povezanim s rendgenskom bakljom, sličnim onom kakav nastaje prilikom probijanja zvučnog zida. Taj bi val proizvodio brze nabijene čestice koje bi se onda raspadale u neutrina. Već i ako bi bilo potvrđeno samo to da Sgr A* proizvodi neutrina, bilo bi to vrijedno novo otkriće, ali ovi novi rezultati mogu pridonijeti i našem razumijevanju jedne druge velike zagonetke u astrofizici: izvora kozmičih zraka visoke energije. Kako nabijene čestice koje tvore kozmičke zrake bivaju skretane magnetskim poljima unutar naše galaktike, znanstvenici nisu dosad bili u stanju točno odrediti njihova izvorišta. Nabijene čestice ubrzane udarnim valovima u blizini Sgr A*, mogle bi predstavljati značajan dio vrlo energičnih kozmičkih zraka.

Nadzemni dio Neutrinskog opservatorija IceCube, smještenog na južnom polu. Njegovi detektori su raspoređeni u jednom prostornom kilometru leda ispod ove građevine!

Slika dobivena NASA-inim Rendgenskim opservatorijem Chandrom prikazuje područje oko Sgr A* u rendgenskim zrakama niske, srednje i visoke energije. Ti pojasi zračenja su na slici obojeni, redom, crvenom, zelenom i plavom bojom. Sgr A* se nalazi u bijelom području u sredini slike. Plave i narančaste perjanice oko toga područja, mogle bi biti ostaci provala iz Sgr A* koje su se zbile prije više milijuna godina. Baklje koje su možda povezane s IceCube-ovim neutrinima, uključuju jedino rendgenski izvor u Sgr A*, a ne te udaljenije oblake vrućeg materijala.

http://chandra.harvard.edu/photo/2014/sgra/
NASA/CXC/Sveučilište Wisconsina/Y. Bai i ostali
Emanuel Jacobi / National Science Foundation 
NASA/CXC/Sveučilište Colorada/S.Zhekov i ostali.
NASA/STScI/CfA/P.Challis