Nevtrinski observatorij IceCube je zaznal visokoenergijske nevtrine iz aktivnega galaktičnega jedra (AGN) v središču galaksije Messier 77. Galaksija, znana tudi kot NGC 1068, skriva supermasivno črno luknjo in opazovanja odpirajo okno v silovite procese, ki domnevno ustvarjajo kozmične žarke.
Nevtrini so izmuzljivi delci, ki komaj komunicirajo z drugo snovjo in lahko zlahka preidejo naravnost skozi Zemljo. Ledena kocka uporablja kubični kilometer ledu pod južnim polom za opazovanje izjemno redkih trkov med kozmičnimi nevtrini in vodnimi molekulami. Te interakcije proizvajajo hitro premikajoče se nabite delce, ki ustvarjajo bliskavice svetlobe v ledu, imenovane čerenkovsko sevanje. Svetlobo ujame mreža več kot 5000 detektorjev v ledu, kar fizikom, ki sodelujejo v sodelovanju IceCube, omogoča, da ugotovijo, od kod prihajajo nevtrini.
IceCube je objavil svoje prva opazovanja visokoenergijskih kozmičnih nevtrinov leta 2013 in pet let pozneje je prvič odkril a kozmični visokoenergijski nevtrino iz vrste AGN, imenovane blazar.
Zdaj znanstveniki IceCube poročajo o svojem največjem ulovu visokoenergijskih nevtrinov doslej. To je 79 delcev iz M77, ki je galaksija s 47 milijoni svetlobe-leta stran. Opazovanja so bila zabeležena med majem 2011 in majem 2020, sodelovanje pa domneva, da so nevtrini izšli iz jedra AGN M77, ki je sicer pred našimi očmi skrito z debelim torusom prahu in plina.
Povezava s kozmičnimi žarki
Astrofiziki verjamejo, da je 79 visokoenergijskih nevtrinov nastalo, ko so nabiti delci, kot so protoni, pospešeni do visokih energij z magnetnimi polji znotraj AGN. Nekateri od teh pospešenih delcev bodo ušli črni luknji in postali kozmični žarki. Drugi bodo trčili v delce ali fotone znotraj AGN, da bi ustvarili drobljenje mezonov. Ti mezoni nato hitro razpadejo v žarke gama in nevtrine. V M77 so žarki gama oslabljeni zaradi prašnega torusa galaksije, vendar večina nevtrinov preide skozi neovirano – nekateri pa na koncu dosežejo Zemljo.
Zelo verjetno je, da pospeševanje delcev vključuje močna, zvijajoča se magnetna polja, ki obstajajo v AGN. Vendar ni jasno, kje nastane ta magnetni pospešek. Možne lokacije vključujejo akrecijski disk snovi, ki se vrtinči v supermasivno črno luknjo, ali žarečo korono, ki je zelo vroče območje, ki neposredno obdaja črno luknjo. Druga možnost je, da se pospešek pojavi v curkih snovi, ki izbruhnejo iz AGN v smereh, pravokotnih na akrecijski disk.
Frances Halzen Univerze v Wisconsinu, Madison, ki vodi sodelovanje IceCube, pravi Svet fizike da opazovanja razkrivajo, da nevtrini prihajajo iz območja AGN, imenovanega "kokon", to je osrednje območje AGN, v katerem curki odpihnejo snov navzven in zajamejo korono.
Žarkov gama ni zaznati
»Fotoni [žarkov gama], ki neizogibno nastanejo skupaj z nevtrini, izgubijo energijo v gostem jedru in se pojavijo pri nižjih energijah,« pojasnjuje. "To je poudarjeno z dejstvom, da satelit NASA Fermi [žarki gama] ne zazna vira v energijskem območju zaznanih nevtrinov."
Konvencionalno mnenje je, da večina delcev in sevanja, ki jih oddaja AGN, izvira iz vročega akrecijskega diska, vendar naraščajo dvomi o verodostojnosti tega toplotnega modela emisije. Andy Lawrence z Univerze v Edinburghu poudarja, da imajo nekateri AGN spremenljivo svetlost in da se ta nihanja pojavijo prehitro, da bi jih lahko povezali s spremembami v akrecijskem disku. Lawrence, ki ni vključen v sodelovanje IceCube, dodaja: "Mogoče bo bolj sofisticirana teorija diska in spremljajoča netoplotna emisija v koroni ali curku diska pomagala."
Dejansko se zdi, da to zadnje opazovanje IceCube podpira zamisel, da pospešek delcev poteka v koroni AGN in ne v akrecijskem disku.
Naslednja generacija
Čeprav skrivnosti o tem, kako se delci pospešujejo v AGN, ni mogoče razrešiti s temi 79 nevtrini in nadgradnjo detektorja, imenovanega IceCube Generation 2 naj bi bil dokončan do leta 2033.
IceCube identificira štiri galaksije kot verjetne vire kozmičnih žarkov
Halzen pravi, da je bila 2. generacija zasnovana za preučevanje virov nevtrinov, kot so AGN. »Detektor bo imel več kot osemkrat večjo prostornino kot IceCube in, kar je pomembno, tudi boljšo kotno ločljivost. Kombinacija obeh bo omogočila odkrivanje z letom podatkov in ne z desetletjem, kot je zdaj.«
Messier 77 je galaksija, ki so jo dobro raziskali tako amaterski kot profesionalni astronomi. Razumevanje, kako proizvaja visokoenergijske nevtrine, bi torej lahko omogočilo M77, da postane kamen iz Rosette za razumevanje drugih aktivnih galaksij.
Raziskava je opisana v Znanost.
