A Messier 77 galaxis szívében található aktív galaktikus magból (AGN) származó nagy energiájú neutrínókat észlelt az IceCube neutrínó-obszervatórium. Az NGC 1068 néven is ismert galaxisban egy szupermasszív fekete lyuk található, és a megfigyelések ablakot nyitnak azokra a heves folyamatokra, amelyekről úgy gondolják, hogy kozmikus sugarakat hoznak létre.
A neutrínók megfoghatatlan részecskék, amelyek alig lépnek kölcsönhatásba más anyagokkal, és könnyen átjutnak a Földön. Jégkocka köbkilométernyi jeget használ a Déli-sark alatt, hogy rendkívül ritka ütközéseket figyeljen meg a kozmikus neutrínók és a vízmolekulák között. Ezek a kölcsönhatások gyorsan mozgó töltött részecskéket hoznak létre, amelyek fényvillanásokat hoznak létre a jégben, az úgynevezett Cserenkov-sugárzást. A fényt egy több mint 5000 detektorból álló hálózat rögzíti a jégben, így az IceCube Collaborationben dolgozó fizikusok kitalálhatják, honnan származnak a neutrínók.
Az IceCube bejelentette A nagy energiájú kozmikus neutrínók első megfigyelései 2013-ban és öt évvel később először észlelte a kozmikus nagyenergiájú neutrínó az AGN egyik típusából, amelyet blazárnak neveznek.
Az IceCube tudósai most a valaha volt legnagyobb nagyenergiájú neutrínó-szállításukról számoltak be. Ez 79 részecske az M77-ből, amely egy 47 millió fényből álló galaxis-évre. A megfigyeléseket 2011 májusa és 2020 májusa között rögzítették, és az együttműködés úgy számol, hogy a neutrínók az M77-es AGN magjából emelkedtek ki, amelyet egyébként egy vastag por- és gáztórusz takar a szemünk elől.
Kozmikus sugárzás kapcsolat
Az asztrofizikusok úgy vélik, hogy a 79 nagyenergiájú neutrínó akkor keletkezett, amikor az AGN-en belüli mágneses mezők a töltött részecskéket, például a protonokat nagy energiákra gyorsítják fel. Ezen felgyorsult részecskék egy része kiszabadul a fekete lyukból, és kozmikus sugarakká válik. Mások az AGN-en belüli részecskékkel vagy fotonokkal ütköznek, és mezonokat hoznak létre. Ezek a mezonok aztán gyorsan lebomlanak gamma-sugarakká és neutrínókká. Az M77-ben a gamma-sugarakat a galaxis poros tórusza csillapítja, de a neutrínók többsége akadálytalanul halad át – néhányuk végül eléri a Földet.
Nagyon valószínű, hogy a részecskegyorsulás magában foglalja az AGN-en belüli erős, csavaró mágneses tereket. Nem világos azonban, hogy hol következik be ez a mágneses gyorsulás. A lehetséges helyszínek közé tartozik az anyag akkréciós korongja, amely a szupermasszív fekete lyukba kavarog, vagy az izzó korona, amely a fekete lyukat közvetlenül körülvevő nagyon forró terület. Egy másik lehetőség az, hogy a gyorsulás az AGN-ből az akkréciós korongra merőleges irányban kirobbanó anyagsugarakban történik.
Frances Halzen a Wisconsini Egyetem (Madison) munkatársa, aki az IceCube Együttműködést vezeti, elmondja Fizika Világa A megfigyelések azt mutatják, hogy a neutrínók az AGN egy „gubónak” nevezett régiójából származnak, ez az AGN azon magterülete, amelyben az anyagot a fúvókák kifelé fújják, és beborítják a koronát.
Nem észleltek gamma-sugarakat
"A [gamma-sugárzás] fotonok, amelyek elkerülhetetlenül a neutrínókkal együtt keletkeznek, energiát veszítenek a sűrű magban, és alacsonyabb energiákkal jelennek meg" - magyarázza. "Ezt alátámasztja az a tény, hogy a NASA Fermi [gamma-sugár] műhold nem érzékeli a forrást az észlelt neutrínók energiatartományában."
A hagyományos nézet szerint az AGN által kibocsátott részecskék és sugárzások többsége a forró akkréciós korongból származik, azonban egyre nagyobbak a kételyek a kibocsátás e termikus modelljének hitelességét illetően. Andy Lawrence Az Edinburghi Egyetem munkatársa rámutat, hogy egyes AGN-ek fényereje változó, és ezek az ingadozások túl gyorsan jelentkeznek ahhoz, hogy összefüggésbe hozhassák az akkréciós korong változásával. Lawrence, aki nem vesz részt az IceCube együttműködésben, hozzáteszi: "Lehet, hogy egy kifinomultabb lemezelmélet, valamint a koronában vagy a sugárban lévő nem termikus emisszió meghozza a trükköt."
Valójában úgy tűnik, hogy az IceCube legújabb megfigyelése alátámasztja azt az elképzelést, hogy a részecskegyorsulás az AGN koronájában, nem pedig az akkréciós korongban történik.
Következő generációs
Bár az AGN-ben a részecskék felgyorsításának rejtélye nem oldható meg ezzel a 79 neutrínóval, és a detektor korszerűsítése az ún. IceCube Generation 2 2033-ig kell elkészülnie.
Az IceCube négy galaxist azonosít a kozmikus sugárzás valószínű forrásaként
Halzen szerint a 2. generációt neutrínóforrások, például AGN-k tanulmányozására tervezték. „A detektor több mint nyolcszor akkora hangerővel rendelkezik majd, mint az IceCube, és ami fontos, jobb a szögfelbontása is. A kettő kombinációja lehetővé teszi a detektálást egy évnyi adatokkal, nem pedig egy évtizeddel, mint ahogyan ez most történik.”
A Messier 77 egy amatőr és professzionális csillagászok által jól tanulmányozott galaxis. Ha megértjük, hogyan állít elő nagy energiájú neutrínókat, az M77-ből Rosetta-kővé válhat más aktív galaxisok megértéséhez.
A kutatás leírása a Tudomány.
