ניטרינו עתירי אנרגיה מהגרעין הגלקסי הפעיל (AGN) בלב גלקסיית Messier 77 זוהו על ידי מצפה הניטרינו IceCube. הגלקסיה, הידועה גם בשם NGC 1068, מכילה חור שחור סופר מסיבי והתצפיות פותחות צוהר לתהליכים האלימים שלפי האמונה יוצרים קרניים קוסמיות.
ניוטרינו הם חלקיקים חמקמקים שבקושי מתקשרים עם חומר אחר ויכולים לעבור בקלות ישר דרך כדור הארץ. קובית קרח משתמש בקילומטר מעוקב של קרח מתחת לקוטב הדרומי כדי לצפות בהתנגשויות נדירות ביותר בין ניטרינו קוסמיים למולקולות מים. אינטראקציות אלו מייצרות חלקיקים טעונים הנעים במהירות היוצרים הבזקי אור בקרח הנקראים קרינת צ'רנקוב. האור נלכד על ידי רשת של יותר מ-5000 גלאים בתוך הקרח, מה שמאפשר לפיזיקאים העובדים ב- IceCube Collaboration לברר מהיכן הגיעו הנייטרינו.
IceCube הודיעה על כך תצפיות ראשונות של ניטרינו קוסמיים בעלי אנרגיה גבוהה בשנת 2013 וחמש שנים לאחר מכן היא ביצעה את הזיהוי הראשון אי פעם של א ניטרינו קוסמי בעל אנרגיה גבוהה מסוג AGN הנקרא בלאזאר.
כעת, מדעני IceCube מדווחים על ההובלה הגדולה ביותר שלהם של נייטרינו בעלי אנרגיה גבוהה אי פעם. מדובר ב-79 חלקיקים מ-M77, שהיא גלקסיה שיש בה 47 מיליון אור-שנים רחוקות. התצפיות נרשמו בין מאי 2011 למאי 2020, ושיתוף הפעולה מעריך שהנייטרינים יצאו מליבת ה-AGN של M77, שאחרת מוסתר מעינינו על ידי טורוס עבה של אבק וגז.
חיבור קרני קוסמיות
אסטרופיזיקאים מאמינים ש-79 הנייטרינים בעלי האנרגיה הגבוהה נוצרו כאשר חלקיקים טעונים כגון פרוטונים מואצים לאנרגיות גבוהות על ידי שדות מגנטיים בתוך ה-AGN. חלק מהחלקיקים המואצים הללו יימלטו מהחור השחור ויהפכו לקרניים קוסמיות. אחרים יתנגשו עם חלקיקים או פוטונים בתוך ה-AGN כדי לייצר מעט מזוונים. המזונים הללו מתפרקים במהירות לקרני גמא וניטרינו. ב-M77, קרני הגמא מוחלשות על ידי הטורוס המאובק של הגלקסיה, אך רוב הנייטרינו עוברים באין מפריע - וחלקם מגיעים בסופו של דבר לכדור הארץ.
סביר מאוד שהאצת החלקיקים כרוכה בשדות המגנטיים החזקים והמפותלים הקיימים בתוך AGN. עם זאת, לא ברור היכן מתרחשת התאוצה המגנטית הזו. מיקומים אפשריים כוללים את דיסק ההצטברות של חומר שמתערבל לתוך החור השחור העל-מסיבי או העטרה הזוהרת, שהיא האזור החם מאוד המקיף את החור השחור. אפשרות נוספת היא שהתאוצה מתרחשת בסילוני החומר הפורצים החוצה מה-AGN בכיוונים מאונכים לדיסק ההצטברות.
פרנסס האלזן מאוניברסיטת ויסקונסין, מדיסון, שמובילה את שיתוף הפעולה של IceCube, מספרת עולם הפיזיקה שהתצפיות מגלות שהנייטרינים מגיעים מאזור של ה-AGN שנקרא "הפקעת", זהו אזור ליבה של ה-AGN בו חומר מועף החוצה על ידי הסילונים ועוטף את הקורונה.
לא זוהו קרני גמא
"הפוטונים [קרני גמא] שמיוצרים בהכרח יחד עם הנייטרינו מאבדים אנרגיה בליבה הצפופה ומגיחים באנרגיות נמוכות יותר", הוא מסביר. "זה מודגש על ידי העובדה שהלוויין פרמי של נאס"א אינו מזהה את המקור בטווח האנרגיה של הנייטרינים שזוהו."
ההשקפה המקובלת היא שרוב החלקיקים והקרינה הנפלטים על ידי AGN מקורם בדיסק ההצטברות החם, אולם הספקות גברו לגבי אמיתותו של מודל תרמי זה של פליטה. אנדי לורנס מאוניברסיטת אדינבורו מציין שלחלק מה-AGNs יש בהירות משתנה, ותנודות אלו מתרחשות מהר מדי מכדי להיות קשורות לשינויים בדיסק ההצטברות. לורנס, שאינו מעורב בשיתוף הפעולה של IceCube, מוסיף "יכול להיות שתיאוריית דיסק מתוחכמת יותר בתוספת פליטה לא תרמית נלווית בקורונה או בסילון הדיסק עשויה לעשות את העבודה."
ואכן, נראה שהתצפית האחרונה הזו של IceCube מגבה את הרעיון שתאוצת החלקיקים מתרחשת בקורונה של ה-AGN ולא בדיסק הצבירה.
הדור הבא
למרות שלא ניתן לפתור את התעלומה של איך חלקיקים מואצים ב-AGN עם 79 הניטרינו האלה, ושדרוג הגלאי שנקרא IceCube דור 2 אמור להסתיים עד 2033.
IceCube מזהה ארבע גלקסיות כמקורות סבירים של קרניים קוסמיות
Halzen אומר שדור 2 תוכנן לחקור מקורות ניטרינו כגון AGNs. "לגלאי יהיה יותר משמונה נפח של IceCube, וחשוב מכך, גם רזולוציה זוויתית טובה יותר. השילוב של השניים יאפשר איתור עם שנת נתונים ולא עשור כפי שקורה כעת".
Messier 77 היא גלקסיה שנחקרה היטב על ידי אסטרונומים חובבים ומקצועיים כאחד. ההבנה כיצד הוא מייצר ניטרינו באנרגיה גבוהה יכולה לאפשר אפוא ל-M77 להפוך לאבן רוזטה להבנת גלקסיות פעילות אחרות.
המחקר מתואר ב מדע.
