نوترینوهای پرانرژی از هسته فعال کهکشانی (AGN) در قلب کهکشان مسیه 77 توسط رصدخانه نوترینو IceCube شناسایی شده است. این کهکشان که با نام NGC 1068 نیز شناخته می‌شود، دارای یک سیاهچاله بسیار پرجرم است و مشاهدات دریچه‌ای را به روی فرآیندهای خشونت‌آمیز می‌گشایند که اعتقاد بر این است که پرتوهای کیهانی ایجاد می‌کنند.
نوترینوها ذراتی گریزان هستند که به سختی با مواد دیگر تعامل دارند و به راحتی می توانند مستقیماً از زمین عبور کنند. قالب یخ از یک کیلومتر مکعب یخ در زیر قطب جنوب برای مشاهده برخوردهای بسیار نادر بین نوترینوهای کیهانی و مولکول های آب استفاده می کند. این فعل و انفعالات ذرات باردار با حرکت سریع را تولید می کنند که در یخ جرقه های نوری به نام تابش چرنکوف ایجاد می کنند. نور توسط شبکه ای متشکل از بیش از 5000 آشکارساز درون یخ گرفته می شود و به فیزیکدانانی که در IceCube Collaboration کار می کنند این امکان را می دهد تا بفهمند نوترینوها از کجا آمده اند.
IceCube خود را اعلام کرد اولین مشاهدات نوترینوهای کیهانی پرانرژی در سال 2013 و پنج سال بعد برای اولین بار کشف شد نوترینوی پرانرژی کیهانی از نوعی AGN به نام بلازار.
اکنون، دانشمندان IceCube بزرگترین محموله نوترینوهای پرانرژی خود را گزارش می کنند. اینها 79 ذره از M77 هستند که یک کهکشان 47 میلیون نوری است-سال دور مشاهدات بین مه 2011 و مه 2020 ثبت شد و همکاری تخمین می‌زند که نوترینوها از هسته AGN M77 بیرون آمده‌اند، که در غیر این صورت توسط یک چنبره غبار و گاز از دید ما پنهان است.
اتصال پرتو کیهانی
اخترفیزیکدانان بر این باورند که 79 نوترینو پرانرژی زمانی ایجاد شده‌اند که ذرات باردار مانند پروتون‌ها توسط میدان‌های مغناطیسی درون AGN به انرژی‌های بالا شتاب می‌دهند. برخی از این ذرات شتاب‌دار از سیاهچاله فرار کرده و به پرتوهای کیهانی تبدیل می‌شوند. برخی دیگر با ذرات یا فوتون‌های درون AGN برخورد می‌کنند تا مقدار زیادی مزون تولید کنند. سپس این مزون ها به سرعت به پرتوهای گاما و نوترینو تبدیل می شوند. در M77، پرتوهای گاما توسط چنبره غبارآلود کهکشان ضعیف می‌شوند، اما بیشتر نوترینوها بدون مانع از آن عبور می‌کنند و برخی در نهایت به زمین می‌رسند.
بسیار محتمل است که شتاب ذرات شامل میدان های مغناطیسی قدرتمند و پیچشی که در یک AGN وجود دارد، باشد. با این حال، مشخص نیست که این شتاب مغناطیسی در کجا رخ می دهد. مکان‌های احتمالی شامل دیسک برافزایش ماده است که به درون سیاهچاله کلان‌جرم یا تاج درخشان می‌چرخد، که منطقه بسیار داغی است که بلافاصله سیاهچاله را احاطه کرده است. احتمال دیگر این است که شتاب در فواره‌های ماده رخ دهد که از AGN در جهت‌های عمود بر دیسک برافزایش منفجر می‌شوند.
فرانسیس هالزن از دانشگاه ویسکانسین، مدیسون، که رهبری همکاری IceCube را بر عهده دارد، می گوید دنیای فیزیک که مشاهدات نشان می‌دهد که نوترینوها از ناحیه‌ای از AGN به نام پیله می‌آیند، این ناحیه هسته‌ای از AGN است که در آن مواد توسط جت‌ها به بیرون دمیده شده و تاج را می‌پوشانند.
هیچ اشعه گاما شناسایی نشد
او توضیح می‌دهد: فوتون‌های [پرتو گاما] که به‌طور اجتناب‌ناپذیر همراه با نوترینوها تولید می‌شوند، انرژی را در هسته متراکم از دست می‌دهند و در انرژی‌های پایین‌تر ظاهر می‌شوند. این امر با این واقعیت تأیید می‌شود که ماهواره فرمی [پرتو گاما] ناسا منبع را در محدوده انرژی نوترینوهای شناسایی‌شده شناسایی نمی‌کند.»
دیدگاه مرسوم این است که بیشتر ذرات و تشعشعات ساطع شده توسط AGN از دیسک برافزایش داغ منشأ می‌گیرند، با این حال تردیدها در مورد صحت این مدل حرارتی انتشار افزایش یافته است. اندی لارنس از دانشگاه ادینبورگ اشاره می کند که برخی از AGN ها دارای روشنایی متغیر هستند، و این نوسانات خیلی سریع اتفاق می افتد که با تغییرات در دیسک برافزایش مرتبط نیست. لارنس، که در همکاری IceCube نقشی ندارد، می‌افزاید: «ممکن است یک تئوری دیسک پیچیده‌تر به‌علاوه انتشار غیرحرارتی همراه در تاج یا جت دیسک بتواند این کار را انجام دهد.»
در واقع، به نظر می رسد که این آخرین مشاهده توسط IceCube این ایده را تایید می کند که شتاب ذرات در تاج AGN به جای دیسک برافزایش رخ می دهد.
نسل بعدی
اگرچه معمای چگونگی شتاب ذرات در یک AGN با این 79 نوترینو قابل حل نیست، و ارتقای آشکارساز به نام IceCube نسل 2 باید تا سال 2033 تکمیل شود.
IceCube چهار کهکشان را به عنوان منابع احتمالی پرتوهای کیهانی شناسایی می کند
هالزن می گوید که نسل 2 برای مطالعه منابع نوترینو مانند AGN طراحی شده است. این آشکارساز بیش از هشت برابر حجم IceCube و مهمتر از همه، وضوح زاویه ای بهتری خواهد داشت. ترکیبی از این دو امکان تشخیص با یک سال داده را به جای یک دهه که در حال حاضر وجود دارد، می دهد.
مسیه 77 کهکشانی است که توسط ستاره شناسان آماتور و حرفه ای به خوبی مطالعه شده است. بنابراین درک چگونگی تولید نوترینوهای پرانرژی می تواند به M77 اجازه دهد تا به سنگ روزتا برای درک دیگر کهکشان های فعال تبدیل شود.
تحقیق در شرح داده شده است علم.
