Нейтринна обсерваторія IceCube виявила нейтрино високої енергії з активного галактичного ядра (AGN) у центрі галактики Messier 77. Ця галактика, також відома як NGC 1068, містить надмасивну чорну діру, і спостереження відкривають вікно в бурхливі процеси, які, як вважають, створюють космічні промені.
Нейтрино — це невловимі частинки, які майже не взаємодіють з іншою матерією і можуть легко проходити прямо через Землю. IceCube використовує кубічний кілометр льоду під Південним полюсом, щоб спостерігати надзвичайно рідкісні зіткнення між космічними нейтрино та молекулами води. Ці взаємодії створюють швидко рухомі заряджені частинки, які створюють спалахи світла в льоду, що називається випромінюванням Черенкова. Світло вловлюється мережею з понад 5000 детекторів у льоду, що дозволяє фізикам, які працюють у IceCube Collaboration, визначити, звідки взялися нейтрино.
Компанія IceCube оголосила про це перші спостереження космічних нейтрино високих енергій у 2013 році та п’ятьма роками пізніше він здійснив перше в історії виявлення a космічне нейтрино високої енергії з типу AGN, що називається блазаром.
Тепер вчені IceCube повідомляють про найбільший за всю історію видобуток нейтрино високої енергії. Це 79 частинок з M77, яка є галактикою, яка має 47 мільйонів світла-років. Спостереження були записані в період з травня 2011 року по травень 2020 року, і співпраця вважає, що нейтрино вийшли з ядра AGN M77, яке в іншому випадку приховане від нашого зору товстим тором пилу та газу.
Зв'язок космічних променів
Астрофізики вважають, що 79 нейтрино високої енергії були створені, коли заряджені частинки, такі як протони, прискорюються до високих енергій магнітними полями всередині AGN. Деякі з цих прискорених частинок втечуть із чорної діри та стануть космічними променями. Інші будуть стикатися з частинками або фотонами всередині AGN, створюючи невелику кількість мезонів. Потім ці мезони швидко розпадаються на гамма-промені та нейтрино. У M77 гамма-промені послаблюються пиловим тором галактики, але більшість нейтрино проходить безперешкодно, а деякі зрештою досягають Землі.
Цілком ймовірно, що прискорення частинок включає потужні, звивисті магнітні поля, які існують всередині AGN. Однак незрозуміло, де відбувається це магнітне прискорення. Серед можливих місць розташування – акреційний диск матерії, який обертається в надмасивну чорну діру, або сяючу корону, яка є дуже гарячою областю, яка безпосередньо оточує чорну діру. Інша можливість полягає в тому, що прискорення відбувається в струменях речовини, які вириваються з AGN у напрямках, перпендикулярних до акреційного диска.
Френсіс Галцен Університету Вісконсіна, Медісон, який очолює співпрацю IceCube, розповідає Світ фізики що спостереження показують, що нейтрино походять із області AGN, яка називається «кокон», це центральна область AGN, у якій речовина видувається назовні струменями та огортає корону.
Гамма-випромінювання не виявлено
«Фотони [гамма-випромінювання], які неминуче утворюються разом із нейтрино, втрачають енергію в щільному ядрі та з’являються при нижчих енергіях», — пояснює він. «Це підкреслюється тим фактом, що супутник NASA Fermi [гамма-випромінювання] не виявляє джерело в діапазоні енергії виявлених нейтрино».
Загальноприйнята точка зору полягає в тому, що більшість частинок і випромінювання, випромінюваних AGN, походять із гарячого акреційного диска, однак зростають сумніви щодо правдивості цієї теплової моделі випромінювання. Енді Лоуренс Університету Единбурга вказує на те, що деякі AGN мають змінну яскравість, і ці коливання відбуваються занадто швидко, щоб бути пов’язаними зі змінами в акреційному диску. Лоуренс, який не бере участі у співпраці з IceCube, додає: «Цілком можливо, що більш складна теорія диска плюс супутнє нетеплове випромінювання в короні диска або струмені може зробити свою справу».
Дійсно, це останнє спостереження IceCube, здається, підтверджує ідею про те, що прискорення частинок відбувається в короні AGN, а не в акреційному диску.
Наступне покоління
Хоча таємницю того, як частинки прискорюються в AGN, неможливо вирішити за допомогою цих 79 нейтрино, і модернізація детектора називається IceCube Generation 2 має бути завершено до 2033 року.
IceCube визначає чотири галактики як ймовірні джерела космічного випромінювання
Halzen каже, що Generation 2 було розроблено для вивчення джерел нейтрино, таких як AGN. «Детектор матиме більш ніж у вісім разів об’єм, ніж IceCube, і, що важливо, кращу кутову роздільну здатність. Поєднання цих двох дозволить виявляти дані за рік, а не за десятиліття, як зараз».
Мессьє 77 — це добре вивчена галактика як аматорами, так і професійними астрономами. Тому розуміння того, як вона виробляє нейтрино високої енергії, може дозволити M77 стати Розеттським каменем для розуміння інших активних галактик.
Дослідження описано в наука.
