IceCube'i neutriinoobservatoorium on tuvastanud Messier 77 galaktika keskmes asuva aktiivse galaktika tuuma (AGN) kõrge energiaga neutriinod. Tuntud ka kui NGC 1068, galaktikas on ülimassiivne must auk ja vaatlused avavad akna vägivaldsetesse protsessidesse, mis arvatavasti tekitavad kosmilisi kiiri.
Neutriinod on raskesti tabatavad osakesed, mis vaevu suhtlevad teiste ainetega ja võivad kergesti läbida Maa. Jääkuubik kasutab kuupkilomeetrit jääd lõunapooluse all, et jälgida üliharuldasi kokkupõrkeid kosmiliste neutriinode ja veemolekulide vahel. Need interaktsioonid tekitavad kiiresti liikuvaid laetud osakesi, mis tekitavad jääs valgussähvatusi, mida nimetatakse Tšerenkovi kiirguseks. Valguse püüab jää sees kinni enam kui 5000 detektorist koosnev võrk, mis võimaldab IceCube Collaborationis töötavatel füüsikutel välja selgitada, kust neutriinod on pärit.
IceCube teatas oma esimesed suure energiaga kosmiliste neutriinode vaatlused aastal 2013 ja viis aastat hiljem tuvastas see esmakordselt a kosmiline suure energiaga neutriino teatud tüüpi AGN-ist, mida nimetatakse blazariks.
Nüüd on IceCube'i teadlased teatanud oma kõigi aegade suurimast suure energiaga neutriinode saagist. Need on 79 osakest M77-st, mis on 47 miljonit valgust sisaldav galaktika-aastate kaugusel. Vaatlused registreeriti 2011. aasta maist 2020. aasta maini ja koostöös arvatakse, et neutriinod tekkisid M77 AGN-i tuumast, mis muidu on meie vaateväljast varjatud paksu tolmu- ja gaasitoruga.
Kosmiliste kiirte ühendus
Astrofüüsikud usuvad, et 79 suure energiaga neutriinot tekkisid siis, kui laetud osakesed, näiteks prootonid, kiirendatakse AGN-i magnetväljade mõjul suure energiani. Mõned neist kiirendatud osakestest pääsevad mustast august välja ja muutuvad kosmilisteks kiirteks. Teised põrkuvad AGN-is osakeste või footonitega, et tekitada mesoneid. Need mesonid lagunevad seejärel kiiresti gammakiirteks ja neutriinodeks. M77-s nõrgendab gammakiirgust galaktika tolmune torus, kuid suurem osa neutriinodest läbib takistusteta – mõned jõuavad lõpuks ka Maani.
On väga tõenäoline, et osakeste kiirendus hõlmab võimsaid keerduvaid magnetvälju, mis eksisteerivad AGN-is. Siiski pole selge, kus see magnetiline kiirendus toimub. Võimalikud asukohad hõlmavad aine akretsiooniketast, mis keerleb ülimassiivsesse musta auku või hõõguvat krooni, mis on musta auku vahetult ümbritsev väga kuum piirkond. Teine võimalus on, et kiirendus toimub ainejugades, mis paiskuvad AGN-st välja akretsioonikettaga risti olevates suundades.
Frances Halzen Wisconsini ülikoolist Madisonist, kes juhib IceCube'i koostööd, räägib Füüsika maailm et vaatlused näitavad, et neutriinod pärinevad AGN-i piirkonnast, mida nimetatakse "kookoniks", see on AGN-i tuumpiirkond, kus aine puhub jugade poolt väljapoole ja ümbritseb krooni.
Gammakiirgust ei tuvastatud
"[Gammakiirguse] footonid, mis paratamatult koos neutriinodega tekivad, kaotavad energiat tihedas tuumas ja tekivad madalama energiaga," selgitab ta. "Seda rõhutab asjaolu, et NASA Fermi [gammakiirguse] satelliit ei tuvasta allikat tuvastatud neutriinode energiavahemikus."
Tavapärane seisukoht on, et enamik AGN-i kiirgavaid osakesi ja kiirgust pärinevad kuumast akretsioonikettast, kuid kahtlused selle termilise emissioonimudeli õigsuses on kasvanud. Andy Lawrence Edinburghi ülikooli teadlane juhib tähelepanu sellele, et mõnel AGN-il on muutuv heledus ja need kõikumised toimuvad liiga kiiresti, et neid seostada muutustega akretsioonikettas. Lawrence, kes ei osale IceCube'i koostöös, lisab: "Võib juhtuda, et keerukam kettateooria ja sellega kaasnev mittetermiline emissioon ketta kroonis või reaktiivlennus võib asja ära teha."
Tõepoolest, see IceCube'i viimane tähelepanek näib toetavat ideed, et osakeste kiirendus toimub pigem AGN-i kroonis kui akretsioonikettas.
Järgmine põlvkond
Kuigi müsteeriumi, kuidas osakesi AGN-is kiirendatakse, ei saa nende 79 neutriinoga lahendada ja detektori uuendamine nn. IceCube'i 2. põlvkond peaks valmima 2033. aastaks.
IceCube tuvastab neli galaktikat kui tõenäolisi kosmiliste kiirte allikaid
Halzen ütleb, et 2. põlvkond on loodud neutriinoallikate, näiteks AGN-ide uurimiseks. "Detektoril on rohkem kui kaheksa korda suurem helitugevus kui IceCube ja mis kõige tähtsam, ka parem nurkeraldusvõime. Nende kahe kombinatsioon võimaldab tuvastada aasta andmete, mitte kümne aasta andmetega, nagu praegu.
Messier 77 on nii amatöör- kui ka professionaalsete astronoomide poolt hästi uuritud galaktika. Arusaamine, kuidas see suure energiaga neutriinosid toodab, võib seega võimaldada M77-st saada Rosetta kiviks, et mõista teisi aktiivseid galaktikaid.
Uuringut kirjeldatakse artiklis teadus.
