Ogromne obserwatorium neutrin zakopane głęboko w lód antarktyczny odkrył dopiero drugie pozagalaktyczne źródło nieuchwytnych cząstek, jakie kiedykolwiek znaleziono.
w wynikach opublikowany w zeszłym tygodniu w nauka, Współpraca IceCube donosi o wykryciu neutrin z „aktywnej galaktyki” zwanej NGC 1068, która leży około 47 milionów lat świetlnych od Ziemi.
Jak wykryć neutrina
Neutrina to bardzo nieśmiałe cząstki elementarne, które często nie oddziałują z niczym innym. Kiedy po raz pierwszy odkryto je w latach pięćdziesiątych XX wieku, fizycy szybko zdali sobie sprawę, że pod pewnymi względami będą idealne dla astronomii.
Ponieważ neutrina tak rzadko mają cokolwiek wspólnego z innymi cząstkami, mogą podróżować bez przeszkód po całym wszechświecie. Jednak ich nieśmiałość sprawia, że są trudne do wykrycia. Aby złapać wystarczająco dużo, aby było przydatne, potrzebujesz bardzo dużego detektora.
I tu wkracza IceCube. W ciągu siedmiu lat, od 2005 do 2011 roku, naukowcy z amerykańskiej stacji Amundsen-Scott na biegunie południowym wywiercili w lodzie 86 otworów za pomocą wiertła z gorącą wodą. Każdy otwór ma prawie 2.5 kilometra głębokości, około 60 centymetrów szerokości i zawiera 60 detektorów światła wielkości koszykówki, przymocowanych do długiego odcinka kabla.
Jak to pomaga nam wykrywać neutrina? Czasami neutrino zderza się z protonem lub neutronem w lodzie w pobliżu detektora. Zderzenie wytwarza znacznie cięższą cząstkę zwaną mionem, poruszającą się tak szybko, że emituje niebieską poświatę, którą mogą wykryć detektory światła.
Mierząc, kiedy to światło dociera do różnych detektorów, można obliczyć kierunek, z którego pochodzi mion (i neutrino). Patrząc na energie cząstek, okazuje się, że większość neutrin wykrytych przez IceCube powstaje w ziemskiej atmosferze.
Jednak niewielka część neutrin pochodzi z kosmosu. Od 2022 roku zidentyfikowano tysiące neutrin z odległego wszechświata.
Skąd się biorą neutrina?
Wydaje się, że nadchodzą dość równomiernie ze wszystkich kierunków, bez widocznych jasnych punktów. Oznacza to, że musi istnieć wiele źródeł neutrin.
Ale jakie są te źródła? Jest wielu kandydatów, egzotycznie brzmiących obiektów, takich jak aktywne galaktyki, kwazary, blazary i rozbłyski gamma.
W 2018 roku IceCube ogłosił odkrycie pierwszego zidentyfikowanego wysokoenergetycznego emitera neutrin: blazara, który jest szczególnym rodzajem galaktyki, która tak się składa, że wystrzeliwuje strumień wysokoenergetycznych cząstek w kierunku Ziemi.
Blazar, znany jako TXS 0506+056, został zidentyfikowany po tym, jak IceCube zobaczył pojedyncze wysokoenergetyczne neutrino i wysłał pilny telegram astronoma. Inne teleskopy próbowały przyjrzeć się TXS 0506+056 i odkryły, że jednocześnie emituje ona dużo promieniowania gamma.
Ma to sens, ponieważ uważamy, że blazary działają poprzez zwiększanie protonów do ekstremalnych prędkości, a te wysokoenergetyczne protony wchodzą następnie w interakcję z innym gazem i promieniowaniem, wytwarzając zarówno promienie gamma, jak i neutrina.
Aktywna galaktyka
Blazar był pierwszym odkrytym źródłem pozagalaktycznym. W tym nowym badaniu IceCube zidentyfikował drugi.
Naukowcy z IceCube ponownie przeanalizowali zebrane dane z pierwszej dekady, stosując wymyślne nowe metody, aby uzyskać ostrzejsze pomiary kierunków i energii neutrin.
W rezultacie, i tak już interesująca jasna plama w tle poświaty neutrin stała się ostrzejsza. Około 80 neutrin pochodziło z dość pobliskiej, dobrze zbadanej galaktyki NGC 1068 (znanej również jako M77, ponieważ jest to 77 pozycja w słynnym XVIII-wiecznym katalogu interesujących obiektów astronomicznych stworzonym przez francuskiego astronoma Charlesa Messiera).
Znajdująca się około 47 milionów lat świetlnych od Ziemi NGC 1068 jest znaną „aktywną galaktyką”, galaktyką z niezwykle jasnym jądrem. Jest około 100 razy bliżej niż blazar TXS 0506+056, a jego kąt względem nas oznacza, że promienie gamma z jej jądra są zasłonięte przez pył. Jednak neutrina szczęśliwie przelatują prosto przez pył w przestrzeń kosmiczną.
To nowe odkrycie dostarczy astrofizykom i astronomom wielu informacji na temat tego, co dokładnie dzieje się wewnątrz NGC 1068. Istnieją już setki artykułów próbujących wyjaśnić, jak działa wewnętrzne jądro galaktyki, a nowe dane IceCube dodają trochę informacji o neutrinach, które pomoże udoskonalić te modele.
Artykuł został opublikowany ponownie Konwersacje na licencji Creative Commons. Przeczytać oryginalny artykuł.
Kredytowych Image: NASA/ESA/A. van der Hoeven
