Na sledi skrivnostim vesolja in sploh vsega

Bila je zraven, ko je skozi Zemljo poletel nevtrino, ki je pokazal pot do aktivnega galaktičnega jedra. Bila je del skupine, ki je zaznala gravitacijske valove in njihov izvor. Sodelovala je pri meritvah količine svetlobe, ki so jo v vsej zgodovini vesolja proizvedle zvezde. Zdaj v mednarodnem konzorciju načrtuje nov velikanski observatorij za visokoenergijsko gamasvetlobo. Gabrijela Zaharijaš z novogoriške univerze je v prvih vrstah svetovne astrofizike, ki počasi odstira skrivnosti o življenju, vesolju in sploh vsem.


 

S kakšnimi občutki ste sprejeli priznanje jabolko navdiha?

Ne pripisujem si toliko osebnih zaslug zanj, bolj ga dojemam kot dokaz, kako zelo slovenska javnost ceni velik napredek, ki ga je znanost, še posebej astrofizika, naredila v zadnjem času. Navdušena sem nad tem zanimanjem, ki dokazuje, da je raziskovanje z vedno boljšimi instrumenti prava pot.
 

Se je zanimanje laične javnosti za znanost v zadnjem času okrepilo?

Menim, da so ljudje vedno imeli dobro mnenje o znanosti, a ta ni bila učinkovito in dovolj dobro predstavljena. V zadnjem času je znanstvena skupnost postala veliko bolj dejavna pri tem in javnost je to sprejela z odprtimi rokami, tako da zdaj pozorno spremlja napredek v znanosti. Pogosto sem presenečena nad tem, kako podrobna in poglobljena vprašanja dobim na javnih predavanjih.
 

Katere so največje uganke vesolja za znanstvenika?

Veliko jih je: temna snov, temna energija, ki je po svoje še bolj nenavadna, potem so tu izvori fotonov ekstremnih energij in procesi, ki jih poganjajo. Neznanka so tudi procesi, ki so potekali v zelo zgodnji fazi vesolja. Napredek se dogaja po načelu majhnih korakov: neznank je veliko, znanstveniki iščemo majhne odgovore, ki bi morali na koncu pripeljati do vseobsegajočega razumevanja.
 

Ste del kolaboracij, v katerih so znanstveniki z vsega sveta. Kako poteka vaše sodelovanje?

Kolaboracija Fermi je zelo mednarodno obarvana. Sedež ima na Stanfordu in v Nasinem Goddardovem centru v Washingtonu, sodeluje pa še veliko znanstvenih ustanov z vsega sveta. Znanstveniki s teh ustanov so koordinatorji različnih projektov znotraj kolaboracije, sama sem koordinatorka za projekte, povezane s temno snovjo.
 

Sliši se, kot da delujete nadnacionalno, kot en narod znanstvenikov. V današnjem svetu se zdi nenavadno, da so projekti lahko vodeni tako zelo neodvisno od meja.

Tudi v znanosti so bili včasih eksperimenti nacionalni, opravljeni večinoma v enem laboratoriju oziroma ustanovi, zdaj pa je večina projektov organiziranih v velikih mednarodnih kolaboracijah. Fermi LAT ima približno dvesto znanstvenikov, LHC v Cernu, na primer, pa seveda še veliko več.
 

V mednarodnih organih je navadno zelo pomembna hierarhija oziroma politična moč; kako je s tem v znanstvenih kolaboracijah?

Govorim lahko samo za kolaboraciji, v katerih sodelujem, in rekla bi, da je za nas pomembno le, da je delo opravljeno. Ideje in predloge sprejemamo ne glede na to, od kod pridejo. Včasih se zgodi, da več skupin pride do različnih rezultatov, a takrat je pomembno le, da jih med seboj preverimo.
 

Kaj pa, ko je v zraku veliko odkritje? Se morda takrat pokaže konkurenca? Vam je pomembno, kdo bo prvi?

Če gre za eksperiment ene kolaboracije, je protokol večinoma jasen. Tudi če gre za veliko odkritje, je pred objavo ogromno večkratnih preverjanj, različnih mnenj, razprav. Drugače bi bilo, če bi se z enakimi raziskavami ukvarjali dve ali več kolaboraciji. Potem si predstavljam, da bi lahko prišlo do konkurence in bi pohiteli z objavami le zato, da bi bili prvi. Pri kolaboraciji Fermi LAT je zanimivo, da so vsi zbrani podatki javni, kar pomeni, da jih lahko analizira vsak. To je precej nova stvar pri visokoenergijski fiziki in se mi zdi izvrstno za znanost, saj se v reševanje problemov v praksi vključi kar nekaj znanstvenikov, ki niso del kolaboracije, postavi pa to nekaj izzivov pri koordinaciji. Zaradi tega je morda nekaj več šuma, ampak znanost na koncu pridobi.


 

Zadnje čase pogosto slišimo nenavaden izraz večglasniška astronomija, kar pomeni, da znanstveniki z različnih ustanov med seboj sodelujete in primerjate rezultate opazovanj istega dogodka, ki so pridobljeni z različnimi instrumenti. Je to nekaj novega?

Takšen način je od nekdaj najboljši način raziskovanja. Optimalno je, če je za vsak dogodek čim več razpoložljivih podatkov. Toda šele v zadnjem času imamo res dovolj različnih vrst instrumentov, kot so Icecube na Antarktiki, kopica optičnih teleskopov tako na Zemlji kot v njeni orbiti, detektor gravitacijskih valov in detektorji fotonov visokih energij, da lahko sistematično primerjamo podatke.
 

Verjetno ste oblikovali tudi protokole za sodelovanje?

Tako je, institucije imajo sisteme nujnega obveščanja, ki se sprožijo ob večjih odkritjih, kot so gravitacijski valovi, in pošljejo obvestila drugim observatorijem.
 

Kako sploh poteka tako znanstveno odkritje, kakršno je bilo na primer detekcija visokoenergijskega nevtrina? Gre za hipno spoznanje, eureka moment, je to trenutek, ki si ga zapomnite in vse življenje natančno veste, kje ste bili in kaj ste počeli na tisti septembrski dan?

V znanosti se stvari odvijajo postopno. V tem primeru je ena od znanstvenic ugotovila možnost posebnega dogodka, ampak takšne stvari niso tako redke. Označimo jih kot zanimive, večinoma pa se na koncu izkažejo za običajen šum. Potem smo raziskovali, kakšna je možnost, da gre za naključen dogodek. To pomeni veliko izračunov, sestankov in dvojnih preverjanj. Zemeljski teleskop Magic je nato šele oktobra v smeri, iz katere je priletel nevtrino, zaznal izvor. Vznemirjenje se je torej postopoma povečevalo, v skladu s tem, da smo bili vedno bolj prepričani, da gre za veliko stvar.


 

Na začetku pač človek noče biti preveč vznemirjen?

Točno tako, ker gre velikokrat za lažni alarm.
 

Kaj natančno se je pravzaprav zgodilo tam zgoraj, no, v resnici v tisti smeri, kar je proti nam poslalo ta visokoenergijski nevtrino?

Seveda proti nam ni potoval en sam delec. Proti nam je bil usmerjen snop nevtrinov, a ker so tako izmuzljivi, nam je uspelo ujeti samo tega. Izvor je bilo aktivno galaktično jedro. Predvidevamo, da ima v središču zelo aktivno supermasivno črno luknjo, na obrobju katere se dogajajo procesi, ki proizvajajo veliko sevanja in visokoenergijskih delcev. Obstajajo modeli, ki napovedujejo, kaj natančno se dogaja na robu takšnih črnih lukenj, toda v resnici je to še vedno uganka. Ena vrsta teh objektov so blazarji – vrteče se črne luknje, ki zbirajo okoliško snov, ki se v bližini črne luknje vse bolj zgošča oziroma stiska ter pri tem pospešuje delce. Ko se črna luknja vrti, ustvari magnetno polje, to oblikuje snop pospešenih delcev. V primeru blazarjev so ti snopi usmerjeni proti našemu planetu. Med delci v snopu so tudi nevtrini, ki pa imajo to lepo lastnost, da skorajda ne interagirajo s snovjo, zato brez odklonov prepotujejo astronomske razdalje in nam tako kažejo pot do svojega izvora.


 

In ta vaš nevtrino je potoval skoraj tretjino časa, kolikor je staro vesolje, in se po vsem tem času zaletel ravno v delec pod Antarktiko?

(smeh) Ko se ukvarjamo z astrofiziko, znanstveniki po svoje postanemo gluhi za takšen pogled, ampak imate prav. Vseeno naj poskusim razložiti takole: midva ne moreva skozi to mizo, ker interagirava s silami, predvsem elektromagnetno, nevtrino pa je na neki način gluh za vse sile razen šibke; je kot nekakšen duh.
 

Tako majhen, da se ves ta čas ni zaletel niti v en sam samcat delec?

Ne moremo ravno reči, da je majhen, bolj pravilno bi bilo, da je njegova možnost interakcije s preostalo snovjo zelo majhna. Ker pač interagira samo s šibko silo.
 

In kako je potem mogoče, da ste ga opazili?

Ko vendarle interagira, pri interakciji nastanejo mioni, ti pa ob potovanju skozi led oddajajo svetlobne bliske. Te so zaznali raziskovalci v observatoriju Icecube v bližini Amundsen-Scottove raziskovalne postaje na južnem polu. Gre za več kot pet tisoč optičnih senzorjev v kubičnem kilometru antarktičnega ledu.
 

Zakaj lovite prav nevtrine?

Nevtrini so za astrofizike pomembni, ker igrajo vlogo prenašalca informacij. Povejo nam, kateri delci so bili na začetku pospešeni in kako. Na neki način nas pripeljejo do protonov. Če ulovimo nevtrino, vemo, da se je nekje zgodila hadronska reakcija, kajti nevtrino je sekundarni delec, ki nastane pri trku protonov.


 

Vas nevtrino zanima izključno kot prenašalec novic ali tudi kot del standardnega modela?

Zame kot astrofizičarko je nevtrino izključno prenašalec informacij. Pri fiziki osnovnih delcev pa je ta delec res pomemben tudi zato, ker postavi na preizkušnjo standardni model. Ta v zdajšnji obliki predvideva, da nevtrino nima mase, toda mi vemo, da jo ima. Fiziki osnovnih delcev se torej ubadajo s tem, kako nevtrino uvrstiti v standardni model. Po drugi strani je res, da temna snov prav tako na neki način dokazuje, da moramo izboljšati oziroma dopolniti standardni model. In tudi nevtrino je lahko povezan s temno snovjo, čeprav ne neposredno.
 

V pospeševalnikih tu na Zemlji poteka veliko eksperimentov, pri katerih skušajo fiziki ustvariti nove delce in izpopolniti standardni model. Je možno, da tudi astrofiziki ujamete nove, neznane delce, ki so nastali v galaktičnih pospeševalnikih?

Podobno je, čeprav manj verjetno. Tudi astrofiziki iščemo novo fiziko. Ko opazujemo fotone zelo visokih energij, vedno raziskujemo, kaj jih je povzročilo, in tako lahko morda najdemo kakšne nove delce. Na tak način iščemo temno snov tudi prek fotonov visokih energij. Z observatorijem Pierra Augera v Argentini, ki opazuje nabite delce izjemno visokih energij in pri katerem sodeluje tudi naš center za astrofiziko in kozmologijo, na primer iščemo težke delce, ki bi ob vstopu v atmosfero razpadli. Prek tega bi lahko razbrali njihov izvor oziroma lastnosti. Observatorij Polje teleskopov Čerenkova, ki naj bi začel delovati leta 2021 in pri katerem prav tako sodelujemo, bo meril gamasvetlobo s še višjimi energijami kot Fermi LAT.


 

Vaše delo je torej bolj podobno detektivskemu: najprej odkrijete dokaze in potem morate najti še izvor, medtem ko je v pospeševalnikih izvor znan.

Natančno tako. Astrofiziki najprej preverimo običajne osumljence. Teh je veliko, a je precej težko ugotoviti, ali gre za temno snov. Večinoma gre za lažne alarme, a tudi prek teh se veliko naučimo.
 

Se kdaj vprašate, kakšno uporabno vrednost imajo vaše raziskave za navadne ljudi?

Moje delo je res čista znanost in vodi nas radovednost, ne pa morebitne praktične aplikacije našega dela. Čeprav je res, da na dolgi rok abstraktna znanost vedno postreže s koristnimi in praktičnimi rezultati. Vseeno pa upam, da vse več ljudi ceni tudi preprosto radovednost.