Het NOvA-experiment, vooral bekend om zijn metingen van neutrino-oscillaties met behulp van deeltjesbundels van Fermilab-versnellers, heeft zijn ogen naar de hemel gericht, onderzoek naar verschijnselen variërend van supernova's tot magnetische monopolen. Grotendeels dankzij moderne computermogelijkheden, onderzoekers kunnen voor deze onderwerpen gelijktijdig gegevens verzamelen en analyseren, evenals voor het primaire neutrinoprogramma van het Fermilab van het Amerikaanse ministerie van Energie, waar het is gebaseerd.

De meest dramatische astrofysische verschijnselen die NOvA onderzoekt, zijn supernova's. Wanneer een massieve ster instort, het geeft 99% van zijn energie vrij in een uitbarsting van neutrino's. De overige 1% wordt een zichtbare supernova, helder genoeg om een ​​heel sterrenstelsel te overtreffen. Terwijl de neutrino's veel meer energie vervoeren dan de lichtdeeltjes, fotonen genoemd, de ongrijpbare neutrino's zijn veel moeilijker waar te nemen. Elk jaar worden honderden zichtbaar licht supernova's ontdekt, maar slechts één sinds het begin van het tijdperk van neutrinodetectoren is dichtbij genoeg geweest om door zijn neutrinosignatuur te worden gezien:SN 1987A, in een satellietstelsel van onze Melkweg.

Beide deeltjesdetectoren van NOvA - de nabije detector bij Fermilab en de verre detector in het noorden van Minnesota - zijn in staat om neutrino's te detecteren die worden gegenereerd door supernova's. Elke supernova-neutrino-signatuur zou veel kleiner lijken dan die van een door een versneller gegenereerde neutrinostraal, maar het zou nog steeds waarneembaar zijn. Als er een supernova zou worden geboren in onze melkweg, NOvA's 14, Een detector van 000 ton ver zou duizenden van deze neutrino's zien in een burst van een paar seconden, en de 300 ton zware detector tientallen.

In een nieuw artikel dat wordt gepubliceerd in het Journal of Cosmology and Astroarticle Physics, de NOvA-samenwerking beschrijft het systeem dat wordt gebruikt om bij zo'n burst te triggeren. Vanwege de zeldzaamheid van nabije supernova's en de hoge waarde van de neutrinogegevens, NOvA maakt gebruik van meerdere redundante systemen om supernovagegevens te verzamelen. Naast een continue realtime zoektocht naar een uitbarsting van neutrino's in zijn eigen gegevens, NOvA onderschrijft het Supernova Early Warning System, of SNEEUW, een netwerk van neutrino-experimenten die elkaar waarschuwen wanneer twee van hen tegelijkertijd supernova-achtige activiteit zien. NOvA is ook geabonneerd op waarschuwingen die door de samenwerking LIGO/Virgo worden verzonden wanneer een zwaartekrachtgolf wordt waargenomen, elk ervan beschouwen als een potentiële bron van interessante gegevens. Aangezien astronomie met zwaartekrachtsgolven gloednieuw is, er is een groot potentieel voor verrassingen.

Het eenvoudigste model dat de meeste zwaartekrachtgolfgebeurtenissen verklaart - zwarte gaten die samensmelten in vacuüm - voorspelt geen deeltjesemissies. Maar als de zwarte gaten samensmelten in een gasvormig medium, deeltjes zouden worden versneld, mogelijk leidend tot een waarneembaar signaal. Andere, meer exotische alternatieve modellen die sommige zwaartekrachtsgolfgebeurtenissen verklaren, kunnen ook een uitbarsting van deeltjes opleveren die zichtbaar zijn voor NOvA.

Een ander scenario dat NOvA zou kunnen triggeren is een geval van verkeerde identiteit, een waarin een supernova ten onrechte wordt geïdentificeerd als een zwaartekrachtgolfgebeurtenis van een zwart gat. De samenwerking heeft gezocht naar eventuele emissies die zichtbaar zijn voor NOvA, variërend van supernova-achtige neutrino's tot hoogenergetische deeltjesdouches die groot genoeg zijn om de hele verre detector te verlichten. tot nu toe, met behulp van twee dozijn zwaartekrachtgolfgebeurtenissen gerapporteerd tot medio 2019, De NOvA heeft geen indicatie van een signaal gevonden. Dit resultaat verschijnt in Fysieke beoordeling D . De NOvA blijft de gebeurtenissen onderzoeken zoals die worden gemeld. Nu de mogelijkheden van zwaartekrachtgolfdetectoren de komende jaren snel zullen verbeteren, er zullen nog veel meer mogelijkheden zijn om deel te nemen aan nieuwe ontdekkingen.

Dichter bij huis, De ondergrondse nabij-detector van de NOvA is gebruikt om de seizoensvariatie van kosmische stralingsmuonen onder de grond te onderzoeken. Kosmische stralen zijn deeltjes uit de ruimte die constant vanuit de lucht naar beneden regenen. Ze botsen met deeltjes in de bovenste atmosfeer, muonen produceren. Het aantal muonen wordt beïnvloed door atmosferische omstandigheden, en het totale aantal muonen dat ondergrondse detectoren bereikt, is hoger in de zomer. De minder dichte atmosfeer van de zomer bevordert de productie van muonen, terwijl de dichtere winteratmosfeer de neiging heeft de energie van de ouderdeeltjes van de muonen te degraderen. NOvA is het tweede experiment, na zijn voorganger MINOS, om te zien dat deze seizoenscorrelatie wordt omgedraaid wanneer paren muonen gelijktijdig aankomen, in plaats van alleenstaande muonen, worden geteld. Deze komen vaker voor in de winter om redenen die niet goed worden begrepen.

NOvA zoekt met zijn grote verre detector ook naar andere exotische kosmische fenomenen. In een nieuw artikel over de arXiv, de samenwerking rapporteert over een zoektocht naar magnetische monopolen. Deze hypothetische deeltjes dragen een enkele magnetische lading - een noord- of een zuidpool, maar niet allebei. Nooit waargenomen, het bestaan ​​van monopolen zou helpen om fundamentele theorieën in de natuurkunde met elkaar te verbinden, evenals een bevredigende symmetrie brengen in de vergelijkingen van Maxwell die elektromagnetisme beschrijven. Magnetische monopolen kunnen een zeldzaam onderdeel zijn van kosmische straling, en de NOvA-verre detector is een zeer capabele kosmische stralingsdetector, gedetailleerde deeltjessporen kunnen waarnemen. In tegenstelling tot de meeste eerdere neutrinodetectoren en veel eerdere monopooldetectoren, het is niet ondergronds. Dit betekent dat als monopolen relatief langzame en lichte deeltjes blijken te zijn, ze zouden NOvA bereiken, in tegenstelling tot detectoren die bij eerdere zoekopdrachten werden gebruikt. Met behulp van een kleine set vroege gegevens, NOvA-onderzoekers zochten naar monopolen in een nooit eerder gezocht massabereik. Ze zagen er geen, een grote stroom van lichtgewicht monopolen uitsluiten. Zij zullen verdere gegevens onderzoeken om deze limieten aan te scherpen of, heel misschien, om het ongrijpbare deeltje te ontdekken.

De kosmische versnellers van de natuur blijven interessante natuurkunde leveren voor de NOvA-samenwerking om te bestuderen.