Neutrino berenergi tinggi dari inti galaksi aktif (AGN) di jantung galaksi Messier 77 telah terdeteksi oleh observatorium neutrino IceCube. Juga dikenal sebagai NGC 1068, galaksi ini memiliki lubang hitam supermasif dan pengamatan tersebut membuka jendela menuju proses kekerasan yang diyakini menciptakan sinar kosmik.
Neutrino adalah partikel yang sulit dipahami dan sulit berinteraksi dengan materi lain dan dapat dengan mudah melewati Bumi. Es batu menggunakan satu kilometer kubik es di bawah Kutub Selatan untuk mengamati tabrakan yang sangat jarang terjadi antara neutrino kosmik dan molekul air. Interaksi ini menghasilkan partikel bermuatan yang bergerak cepat yang menciptakan kilatan cahaya di dalam es yang disebut radiasi Cherenkov. Cahaya tersebut ditangkap oleh lebih dari 5000 jaringan detektor di dalam es, sehingga memungkinkan fisikawan yang bekerja dalam Kolaborasi IceCube mengetahui dari mana neutrino tersebut berasal.
IceCube mengumumkannya pengamatan pertama neutrino kosmik berenergi tinggi pada tahun 2013 dan lima tahun kemudian mereka melakukan deteksi pertama terhadap a neutrino kosmik berenergi tinggi dari jenis AGN yang disebut blazar.
Kini, para ilmuwan IceCube melaporkan tangkapan neutrino berenergi tinggi terbesar yang pernah mereka lakukan. Ini adalah 79 partikel dari M77, yaitu galaksi yang memiliki 47 juta cahaya-bertahun-tahun lagi. Pengamatan tersebut direkam antara Mei 2011 dan Mei 2020 dan kolaborasi tersebut memperhitungkan bahwa neutrino muncul dari inti AGN M77, yang tersembunyi dari pandangan kita oleh torus debu dan gas yang tebal.
Koneksi sinar kosmik
Ahli astrofisika percaya bahwa 79 neutrino berenergi tinggi tercipta ketika partikel bermuatan seperti proton dipercepat menjadi energi tinggi oleh medan magnet di dalam AGN. Beberapa partikel yang dipercepat ini akan keluar dari lubang hitam dan menjadi sinar kosmik. Yang lain akan bertabrakan dengan partikel atau foton di dalam AGN untuk menghasilkan segelintir meson. Meson ini kemudian meluruh dengan cepat menjadi sinar gamma dan neutrino. Di M77, sinar gamma dilemahkan oleh torus galaksi yang berdebu, namun sebagian besar neutrino melewatinya tanpa hambatan – dan beberapa akhirnya mencapai Bumi.
Sangat mungkin bahwa percepatan partikel melibatkan medan magnet yang kuat dan memutar yang ada dalam AGN. Namun belum jelas di mana percepatan magnet ini terjadi. Kemungkinan lokasinya termasuk piringan akresi materi yang berputar ke dalam lubang hitam supermasif atau korona bercahaya, yaitu wilayah sangat panas yang mengelilingi lubang hitam. Kemungkinan lainnya adalah percepatan terjadi pada pancaran materi yang keluar dari AGN dengan arah tegak lurus terhadap piringan akresi.
Frances Halzen dari Universitas Wisconsin, Madison, yang memimpin Kolaborasi IceCube, menceritakan Dunia Fisika bahwa pengamatan mengungkapkan bahwa neutrino berasal dari wilayah AGN yang disebut “kepompong”, ini adalah wilayah inti AGN di mana materi dihembuskan keluar oleh jet dan menyelubungi korona.
Tidak ada sinar gamma yang terdeteksi
“Foton [sinar gamma] yang pasti dihasilkan bersama dengan neutrino kehilangan energi di inti padat dan muncul pada energi yang lebih rendah,” jelasnya. “Hal ini digarisbawahi oleh fakta bahwa satelit Fermi [sinar gamma] NASA tidak mendeteksi sumber dalam rentang energi neutrino yang terdeteksi.”
Pandangan konvensional adalah bahwa sebagian besar partikel dan radiasi yang dipancarkan oleh AGN berasal dari piringan akresi panas, namun keraguan semakin meningkat mengenai kebenaran model emisi termal ini. andi lawrence dari Universitas Edinburgh menunjukkan bahwa beberapa AGN memiliki kecerahan yang bervariasi, dan fluktuasi ini terjadi terlalu cepat untuk dikaitkan dengan perubahan pada piringan akresi. Lawrence, yang tidak terlibat dalam kolaborasi IceCube, menambahkan, “Mungkin saja teori cakram yang lebih canggih ditambah dengan emisi non-termal pada cakram atau jet mungkin bisa membantu.”
Memang benar, pengamatan terbaru IceCube ini tampaknya mendukung gagasan bahwa percepatan partikel terjadi di korona AGN, bukan di piringan akresi.
Generasi selanjutnya
Meskipun misteri bagaimana partikel dipercepat dalam AGN tidak dapat dipecahkan dengan 79 neutrino ini, dan peningkatan detektor disebut IceCube Generasi 2 harus selesai pada tahun 2033.
IceCube mengidentifikasi empat galaksi yang kemungkinan menjadi sumber sinar kosmik
Halzen mengatakan bahwa Generasi 2 telah dirancang untuk mempelajari sumber neutrino seperti AGNs. “Detektor ini akan memiliki volume IceCube lebih dari delapan kali lipat dan, yang terpenting, resolusi sudut yang lebih baik juga. Kombinasi keduanya akan memungkinkan deteksi dengan data satu tahun, bukan satu dekade seperti yang terjadi sekarang.”
Messier 77 adalah galaksi yang dipelajari dengan baik oleh para astronom amatir dan profesional. Memahami bagaimana ia menghasilkan neutrino berenergi tinggi dapat memungkinkan M77 menjadi Batu Rosetta untuk memahami galaksi aktif lainnya.
Penelitian tersebut dijelaskan dalam Ilmu.
