Pierwszy obraz neutrinowy aktywnej galaktyki

Od ponad dziesięciu lat obserwatorium IceCube na biegunie południowym obserwuje efekty świetlne neutrin pozagalaktycznych. Podczas oceny danych z obserwatorium międzynarodowy zespół badawczy kierowany przez Politechnikę Monachijską (TUM) odkrył źródło wysokoenergetycznego promieniowania neutrinowego w aktywnej galaktyce NGC 1068, znanej również jako Messier 77.

Wszechświat jest pełen tajemnic. Jedna z tych zagadek dotyczy aktywnych galaktyk z supermasywnymi czarnymi dziurami w ich centrum. „Dzisiaj nadal nie wiemy dokładnie, jakie procesy tam zachodzą”, mówi Elisa Risconi, profesor fizyki eksperymentalnej z cząstkami kosmicznymi w TUM. Jej zespół zrobił teraz duży krok w kierunku rozwiązania tej zagadki: astrofizycy odkryli wysokoenergetyczne źródło neutrin w galaktyce spiralnej NGC 1068.

Bardzo trudno jest badać centra aktywnych galaktyk za pomocą teleskopów, które wykrywają światło widzialne, promienie gamma lub promienie X z kosmosu, ponieważ obłoki kosmicznego pyłu i gorącej plazmy pochłaniają promieniowanie. Tylko neutrina mogą uciec z piekła na krawędziach czarnych dziur. Te neutrina nie mają ładunku elektrycznego i prawie nie mają masy. Przenikają przestrzeń bez odchylania przez pola elektromagnetyczne i nie wchłaniania. To bardzo utrudnia wykrycie.

Największą jak dotąd przeszkodą w astronomii neutrin było oddzielenie bardzo słabego sygnału od silnego szumu tła spowodowanego oddziaływaniem cząstek z ziemskiej atmosfery. Wiele lat zajęło wykonanie pomiarów przy użyciu Obserwatorium Neutrino IceCube i nowych metod statystycznych, aby umożliwić Resconi i jej zespołowi zebranie wystarczającej liczby zdarzeń neutrinowych do ich odkrycia.

Praca detektywa w Eternal Ice

Teleskop IceCube, znajdujący się w lodzie Antarktydy, od 2011 roku wykrywa ślady światła padających neutrin. „Na podstawie ich energii i kąta padania możemy zrekonstruować, skąd pochodzą” – mówi naukowiec z TUM, dr Theo. Blask. „Ocena statystyczna pokazuje bardzo ważny zestaw efektów neutrinowych pochodzących z kierunku aktywnej galaktyki NGC 1068. Oznacza to, że możemy założyć z niemal pewnością, że wysokoenergetyczne promieniowanie neutrinowe pochodzi z tej galaktyki”.

Galaktyka spiralna, odległa o 47 milionów lat świetlnych, została odkryta już w XVIII wieku. NGC 1068 – znana również jako Messier 77 – jest podobna pod względem kształtu i wielkości do naszej galaktyki, ale jej centrum jest bardzo jasne i znacznie jaśniejsze niż cała Droga Mleczna, chociaż centrum jest mniej więcej wielkości naszego Układu Słonecznego. Centrum to zawiera „aktywne jądro”: każda czarna supermasa ma masę około stu milionów razy większą od masy naszego Słońca, która pochłania duże ilości materii.

Ale jak i gdzie powstają tam neutrina? „Mamy jasny scenariusz” – mówi Risconi. „Uważamy, że neutrina o wysokiej energii są wynikiem intensywnego przyspieszania materii w pobliżu czarnej dziury, co podnosi ją do bardzo wysokich energii. Z eksperymentów z akceleratorami cząstek wiemy, że wysokoenergetyczne protony generują neutrina, gdy zderzają się z innymi cząstkami. innymi słowy: znaleźliśmy akcelerator kosmiczny.

Obserwatoria neutrinowe dla nowej astronomii

NGC 1068 to najbardziej istotne statystycznie źródło neutrin wysokoenergetycznych odkryte do tej pory. Więcej danych będzie potrzebnych, aby móc zlokalizować i zbadać słabsze i dalsze źródła neutrin, mówi Risconi, który niedawno rozpoczął międzynarodową inicjatywę budowy teleskopu neutrinowego o objętości kilku kilometrów sześciennych w północno-wschodniej części Oceanu Spokojnego. Eksperyment z neutrinami, P-ONE. Wraz z planowanym obserwatorium IceCube drugiej generacji – IceCube Gen2 – dostarczy danych dla przyszłej astronomii neutrinowej.