Tajemnicze sygnały z lodu: Zagadka ANITA czeka na rozwiązanie dzięki misji PUEO

Prawie dekadę temu, wysoko nad lodowymi pustkowiami Antarktydy, instrument naukowy ANITA zarejestrował coś, co wydawało się niemożliwe. Dziś ta naukowa zagadka, która rzuciła wyzwanie standardowym modelom fizycznym, stoi u progu potencjalnego rozwiązania. Dzięki nowym, niezależnym badaniom oraz uruchomieniu zaawansowanego eksperymentu PUEO (Payload for Ultrahigh Energy Observations), społeczność naukowa jest bliżej niż kiedykolwiek do zrozumienia natury tych tajemniczych sygnałów.

Sedno anomalii: sygnały, które nie powinny istnieć

W latach 2016–2018 antarktyczny eksperyment ANITA (Antarctic Impulsive Transient Antenna), składający się z anten radiowych umieszczonych na balonach stratosferycznych, wykrył serię impulsów radiowych docierających pod kątem około 30 stopni poniżej horyzontu. Taka trajektoria sugerowała, że źródło tych sygnałów znajdowało się głęboko pod powierzchnią lodu. Oznaczało to, że fale radiowe musiałyby przebyć tysiące kilometrów przez gęstą skałę Ziemi, co w normalnych warunkach doprowadziłoby do ich całkowitego wygaszenia.

Pierwotnie przyrząd ten miał za zadanie rejestrować neutrina o ultra wysokiej energii pochodzące z kosmosu. Neutrina te, oddziałując z lodem, generują charakterystyczne rozbłyski promieniowania radiowego (zjawisko Askariana). Jednakże zaobserwowane anomalne sygnały nie pasowały do oczekiwanych charakterystyk neutrin.

Na przestrzeni lat przeprowadzono szeroko zakrojone prace w celu niezależnego zweryfikowania danych ANITY, które wniosły nowe, istotne szczegóły do tej sprawy. Brak potwierdzenia ze strony Obserwatorium Pierre Auger: Międzynarodowa współpraca Pierre Auger Observatory w Argentynie, analizując 15 lat danych, nie odnalazła śladów podobnych zdarzeń anomalnych. Biorąc pod uwagę ogromny obszar detekcji Auger, stawia to pod poważną wątpliwość hipotezę, że ANITA zarejestrowała strumień nowych cząstek przenikających przez Ziemię. Stephanie Wissel z Uniwersytetu Stanu Pensylwania, kluczowa badaczka projektu ANITA, zauważa: „Nasze nowe badanie sugeruje, że podobne zdarzenia nie były obserwowane w eksperymentach o długiej ekspozycji... To nie wskazuje na nową fizykę, a raczej dodaje informacji do ogólnego obrazu”. Taka perspektywa przesuwa akcent z egzotycznych wyjaśnień na poszukiwanie bardziej „przyziemnych” przyczyn.

Główne rozważane hipotezy

• Nieznane efekty propagacji fal radiowych: Najbardziej prawdopodobnym wyjaśnieniem, zdaniem wielu naukowców, są złożone efekty odbicia i załamania fal radiowych w niejednorodnej strukturze lodu antarktycznego oraz atmosfery okołobiegunowej, które mogą zniekształcać trajektorię sygnału.
• Hipotezy wykraczające poza Model Standardowy: Rozważano je, ale uważa się je za mało prawdopodobne z powodu braku potwierdzenia. Obejmują one nowe typy cząstek (np. związane z ciemną materią) lub neutrina sterylne.

Nadzieje na ostateczne wyjaśnienie sytuacji wiąże się obecnie z następcą ANITY – eksperymentem PUEO. Jego pierwszy start, realizowany w ramach misji NASA Astrophysics Pioneers, miał miejsce w grudniu 2025 roku z bazy McMurdo na Antarktydzie.

Kluczowe ulepszenia PUEO w porównaniu z ANITĄ

• Czułość: Dziesięciokrotnie wyższa, co umożliwi przeprowadzenie najbardziej czułego w historii poszukiwania kosmicznych neutrin o ultra wysokich energiach.
• Wyzwalacz interferometryczny z szykiem fazowanym: Nowy system pozwoli na dokładniejsze oddzielenie słabych sygnałów użytecznych od szumu tła.
• Ulepszone anteny i nawigacja: Podwojona efektywna powierzchnia anten oraz nowy inercyjny system nawigacji znacząco podniosą precyzję określania kierunku nadejścia sygnału.

PUEO albo zarejestruje liczne podobne zdarzenia, co pozwoli na ich szczegółowe zbadanie i określenie natury, albo potwierdzi ich całkowity brak, zamykając kwestię błędu systematycznego lub unikalnego artefaktu ANITY.

Rozwiązanie zagadki anomalii ANITY jest istotne nie tylko samo w sobie. Stanowi ono krytyczny krok dla całej dziedziny astrofizyki wysokich energii. Jak twierdzi Stephanie Wissel: „To jedna z tych przeciągających się zagadek. Jestem pełna oczekiwania, ponieważ gdy PUEO rozpocznie lot, będziemy dysponować lepszą czułością. W zasadzie będziemy mogli lepiej zrozumieć te anomalie, co będzie dużym krokiem w kierunku zrozumienia szumów tła i ostatecznie, detekcji neutrin w przyszłości”. Pierwsze wyniki misji PUEO spodziewane są do ogłoszenia już w trakcie 2026 roku.