นิวตริโนพลังงานสูงจากนิวเคลียสดาราจักรกัมมันต์ (AGN) ที่ใจกลางดาราจักรเมสซิเออร์ 77 ถูกตรวจพบโดยหอสังเกตการณ์นิวตริโน IceCube กาแล็กซีนี้ยังเป็นที่รู้จักในชื่อ NGC 1068 ซึ่งมีหลุมดำมวลมหาศาลอยู่ และการสังเกตได้เปิดหน้าต่างสู่กระบวนการรุนแรงที่เชื่อว่าสร้างรังสีคอสมิก
นิวตริโนเป็นอนุภาคที่เข้าใจยากซึ่งแทบจะไม่มีปฏิสัมพันธ์กับสสารอื่นเลย และสามารถผ่านเข้ามายังโลกได้อย่างง่ายดาย ก้อนน้ำแข็ง ใช้น้ำแข็งหนึ่งลูกบาศก์กิโลเมตรใต้ขั้วโลกใต้เพื่อสังเกตการชนที่หายากมากระหว่างนิวตริโนในจักรวาลและโมเลกุลของน้ำ ปฏิสัมพันธ์เหล่านี้ก่อให้เกิดอนุภาคมีประจุที่เคลื่อนที่เร็วซึ่งสร้างแสงวาบในน้ำแข็งที่เรียกว่ารังสีเชเรนคอฟ แสงถูกจับโดยเครือข่ายเครื่องตรวจจับมากกว่า 5000 ตัวภายในน้ำแข็ง ทำให้นักฟิสิกส์ที่ทำงานใน IceCube Collaboration สามารถหาที่มาของนิวตริโนได้
IceCube ประกาศ การสังเกตการณ์นิวตริโนคอสมิกพลังงานสูงเป็นครั้งแรก ในปี 2013 และอีก XNUMX ปีต่อมา มีการตรวจพบเชื้อ A นิวตริโนพลังงานสูงในจักรวาลจาก AGN ชนิดหนึ่งที่เรียกว่า บลาซาร์.
ตอนนี้ นักวิทยาศาสตร์ของ IceCube กำลังรายงานการดึงนิวตริโนพลังงานสูงจำนวนมากที่สุดเท่าที่เคยมีมา นี่คือ 79 อนุภาคจาก M77 ซึ่งเป็นดาราจักรที่มีแสง 47 ล้านดวง-ห่างไปหลายปี การสังเกตการณ์ถูกบันทึกระหว่างเดือนพฤษภาคม 2011 ถึงพฤษภาคม 2020 และการทำงานร่วมกันระบุว่านิวตริโนโผล่ออกมาจากแกนกลางของ AGN ของ M77 ซึ่งถูกบดบังจากสายตาของเราด้วยกลุ่มฝุ่นและก๊าซหนาทึบ
การเชื่อมต่อของรังสีคอสมิก
นักฟิสิกส์ดาราศาสตร์เชื่อว่านิวตริโนพลังงานสูง 79 ตัวถูกสร้างขึ้นเมื่ออนุภาคที่มีประจุ เช่น โปรตอน ถูกเร่งให้มีพลังงานสูงโดยสนามแม่เหล็กภายใน AGN อนุภาคที่เร่งความเร็วเหล่านี้บางส่วนจะหลุดออกจากหลุมดำและกลายเป็นรังสีคอสมิก ส่วนอื่นจะชนกับอนุภาคหรือโฟตอนภายใน AGN เพื่อสร้างเมซอนเพียงหางอึ่ง มีซอนเหล่านี้จะสลายตัวอย่างรวดเร็วเป็นรังสีแกมมาและนิวตริโน ใน M77 รังสีแกมมาถูกทำให้เบาบางลงด้วยกลุ่มก้อนฝุ่นของดาราจักร แต่นิวตริโนส่วนใหญ่ผ่านไปโดยไม่ถูกขัดขวาง – และบางส่วนก็มาถึงโลกในที่สุด
เป็นไปได้มากว่าการเร่งอนุภาคจะเกี่ยวข้องกับสนามแม่เหล็กอันทรงพลังที่บิดเบี้ยวซึ่งอยู่ภายใน AGN อย่างไรก็ตาม ไม่เป็นที่ชัดเจนว่าความเร่งของสนามแม่เหล็กนี้เกิดขึ้นที่ใด ตำแหน่งที่เป็นไปได้ ได้แก่ จานสะสมของสสารที่หมุนวนเข้าไปในหลุมดำมวลมหาศาลหรือโคโรนาเรืองแสง ซึ่งเป็นบริเวณที่ร้อนจัดรอบๆ หลุมดำในทันที ความเป็นไปได้อีกอย่างคือความเร่งเกิดขึ้นในไอพ่นของสสารที่ระเบิดออกจาก AGN ในทิศทางตั้งฉากกับจานเพิ่มมวล
ฟรานเซส ฮัลเซ่น แห่งมหาวิทยาลัยวิสคอนซิน แมดิสัน ซึ่งเป็นผู้นำของ IceCube Collaboration กล่าว โลกฟิสิกส์ จากการสังเกตพบว่านิวตริโนมาจากบริเวณ AGN ที่เรียกว่า "รังไหม" ซึ่งเป็นบริเวณแกนกลางของ AGN ซึ่งสสารถูกพ่นออกไปด้านนอกโดยไอพ่นและห่อหุ้มโคโรนา
ตรวจไม่พบรังสีแกมมา
“โฟตอน [รังสีแกมมา] ที่เกิดขึ้นพร้อมกับนิวตริโนอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้จะสูญเสียพลังงานในแกนกลางที่หนาแน่นและโผล่ออกมาด้วยพลังงานที่ต่ำกว่า” เขาอธิบาย “สิ่งนี้ตอกย้ำด้วยข้อเท็จจริงที่ว่าดาวเทียม NASA Fermi [รังสีแกมมา] ตรวจไม่พบแหล่งกำเนิดในช่วงพลังงานของนิวตริโนที่ตรวจพบ”
มุมมองทั่วไปคืออนุภาคและการแผ่รังสีส่วนใหญ่ที่ปล่อยออกมาจาก AGN มีต้นกำเนิดในจานสะสมความร้อน อย่างไรก็ตาม ข้อสงสัยได้เพิ่มขึ้นเกี่ยวกับความจริงของแบบจำลองการปล่อยความร้อนนี้ แอนดี ลอว์เรนซ์ แห่งมหาวิทยาลัยเอดินเบอระ ชี้ให้เห็นว่า AGN บางตัวมีความสว่างที่ผันแปรได้ และความผันผวนเหล่านี้เกิดขึ้นเร็วเกินไปที่จะเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงในจานสะสม Lawrence ซึ่งไม่เกี่ยวข้องกับการทำงานร่วมกันของ IceCube กล่าวเสริมว่า "อาจเป็นได้ว่าทฤษฎีแผ่นดิสก์ที่ซับซ้อนกว่านี้บวกกับการปล่อยก๊าซที่ไม่ใช่ความร้อนในโคโรนาของแผ่นดิสก์หรือไอพ่นอาจใช้กลอุบายได้"
การสังเกตครั้งล่าสุดโดย IceCube ดูเหมือนจะสนับสนุนแนวคิดที่ว่าการเร่งความเร็วของอนุภาคเกิดขึ้นในโคโรนาของ AGN มากกว่าในจานเพิ่มมวล
รุ่นต่อไป
แม้ว่าความลึกลับของการเร่งอนุภาคใน AGN จะไม่สามารถแก้ไขได้ด้วยนิวตริโน 79 ชนิดเหล่านี้ และการอัพเกรดเครื่องตรวจจับที่เรียกว่า ไอซ์คิวบ์รุ่นที่ 2 ควรแล้วเสร็จภายในปี 2033
IceCube ระบุกาแลคซีสี่แห่งว่าเป็นแหล่งกำเนิดของรังสีคอสมิก
Halzen กล่าวว่า Generation 2 ได้รับการออกแบบมาเพื่อศึกษาแหล่งกำเนิดนิวตริโน เช่น AGNs “เครื่องตรวจจับจะมีปริมาตรมากกว่า IceCube ถึงแปดเท่า และที่สำคัญมีความละเอียดเชิงมุมที่ดีขึ้นด้วย การรวมกันของทั้งสองจะช่วยให้สามารถตรวจจับด้วยข้อมูลหนึ่งปีแทนที่จะเป็นทศวรรษอย่างที่เป็นอยู่ในขณะนี้”
เมสสิเยร์ 77 เป็นกาแล็กซีที่ได้รับการศึกษาอย่างดีจากนักดาราศาสตร์สมัครเล่นและมืออาชีพ การทำความเข้าใจว่ามันสร้างนิวตริโนพลังงานสูงได้อย่างไรจึงอาจทำให้ M77 กลายเป็น Rosetta Stone เพื่อทำความเข้าใจกาแลคซีอื่น ๆ
งานวิจัยได้อธิบายไว้ใน วิทยาศาสตร์.
