Neutrinos de alta energia do núcleo galáctico ativo (AGN) no coração da galáxia Messier 77 foram detectados pelo observatório de neutrinos IceCube. Também conhecida como NGC 1068, a galáxia abriga um buraco negro supermassivo e as observações abrem uma janela para os processos violentos que se acredita criarem raios cósmicos.
Os neutrinos são partículas indescritíveis que mal interagem com outra matéria e podem facilmente passar direto pela Terra. Cubo de gelo usa um quilômetro cúbico de gelo abaixo do Pólo Sul para observar colisões extremamente raras entre neutrinos cósmicos e moléculas de água. Essas interações produzem partículas carregadas em movimento rápido que criam flashes de luz no gelo chamados radiação Cherenkov. A luz é capturada por uma rede de mais de 5000 detectores dentro do gelo, permitindo que os físicos que trabalham na Colaboração IceCube descubram de onde os neutrinos vieram.
IceCube anunciou sua primeiras observações de neutrinos cósmicos de alta energia em 2013 e cinco anos depois, fez a primeira detecção de um neutrino cósmico de alta energia de um tipo de AGN chamado blazar.
Agora, os cientistas do IceCube estão relatando sua maior quantidade de neutrinos de alta energia de todos os tempos. Estas são 79 partículas de M77, que é uma galáxia que tem 47 milhões de luz-anos de distância. As observações foram registradas entre maio de 2011 e maio de 2020 e a colaboração calcula que os neutrinos emergiram do núcleo do AGN de M77, que está escondido de nossa visão por um espesso toro de poeira e gás.
Conexão de raios cósmicos
Os astrofísicos acreditam que os 79 neutrinos de alta energia foram criados quando partículas carregadas, como prótons, são aceleradas a altas energias por campos magnéticos dentro do AGN. Algumas dessas partículas aceleradas escaparão do buraco negro e se tornarão raios cósmicos. Outros colidirão com partículas ou fótons dentro do AGN para produzir um punhado de mésons. Esses mésons então decaem rapidamente em raios gama e neutrinos. Em M77, os raios gama são atenuados pelo toro empoeirado da galáxia, mas a maioria dos neutrinos passa sem impedimentos – com alguns eventualmente chegando à Terra.
É muito provável que a aceleração das partículas envolva os poderosos campos magnéticos tortuosos que existem dentro de um AGN. No entanto, não está claro onde essa aceleração magnética ocorre. Possíveis locais incluem o disco de acreção de matéria que gira no buraco negro supermassivo ou na coroa brilhante, que é a região muito quente imediatamente ao redor do buraco negro. Outra possibilidade é que a aceleração ocorra nos jatos de matéria que saem do AGN em direções perpendiculares ao disco de acreção.
Frances Halzen da Universidade de Wisconsin, Madison, que lidera a Colaboração IceCube, diz Mundo da física que as observações revelam que os neutrinos vêm de uma região do AGN chamada “casulo”, esta é uma região central do AGN na qual a matéria é soprada para fora pelos jatos e envolve a coroa.
Nenhum raio gama detectado
“Os fótons [de raios gama] que são inevitavelmente produzidos junto com os neutrinos perdem energia no núcleo denso e emergem em energias mais baixas”, explica ele. “Isso é ressaltado pelo fato de que o satélite Fermi [raios gama] da NASA não detecta a fonte na faixa de energia dos neutrinos detectados”.
A visão convencional é que a maioria das partículas e radiação emitidas por um AGN se originam no disco de acreção quente, porém as dúvidas vêm crescendo quanto à veracidade deste modelo térmico de emissão. Andrew Lawrence da Universidade de Edimburgo aponta que alguns AGNs têm brilho variável, e essas flutuações ocorrem muito rapidamente para serem associadas a mudanças no disco de acreção. Lawrence, que não está envolvido na colaboração do IceCube, acrescenta: “Pode ser que uma teoria de disco mais sofisticada, além de uma emissão não térmica na coroa ou jato do disco, possa resolver o problema”.
De fato, esta última observação do IceCube parece apoiar a ideia de que a aceleração de partículas ocorre na coroa do AGN e não no disco de acreção.
Próxima geração
Embora o mistério de como as partículas são aceleradas em um AGN não possa ser resolvido com esses 79 neutrinos, a atualização do detector chamado IceCube Geração 2 deve ser concluído até 2033.
IceCube identifica quatro galáxias como prováveis fontes de raios cósmicos
Halzen diz que a Geração 2 foi projetada para estudar fontes de neutrinos, como AGNs. “O detector terá mais de oito vezes o volume do IceCube e, mais importante, melhor resolução angular também. A combinação dos dois permitirá detecções com um ano de dados em vez de uma década, como é o caso agora.”
Messier 77 é uma galáxia bem estudada por astrônomos amadores e profissionais. Entender como ela produz neutrinos de alta energia poderia, portanto, permitir que M77 se tornasse uma Pedra de Roseta para entender outras galáxias ativas.
A pesquisa é descrita em Ciência.
