Резултатите от изследването бяха представени на научен онлайн уебинар, на който присъстваха експерти
Какво са направили учените?
За първи път международна група астрономиоткриха доказателства за емисии на високоенергийни неутрино от галактиката NGC 1068 на разстояние 47 милиона светлинни години от Земята. Известен е още като Месие 77 и се намира в съзвездието Кит. Поради своята яркост и активност, NGC 1068 е един от най-известните и добре проучени обекти. Открит е през 1780 г., а сега може да се наблюдава с голям бинокъл.
Въпреки факта, че учените знаят много за NGC 1068, наблюдението на неговата скрита активност на неутрино не беше толкова лесно. Защо точно, ще разкажем малко по-късно.
Как са го направили?
Учените откриват неутрино благодарение на обсерваториятакубче лед. Това е масивен неутринен телескоп, покриващ милиард тона обработен лед от 1,5 до 2,5 км под повърхността на Антарктика близо до Южния полюс.
Когато неутрино взаимодейства с молекули в чист антарктически лед, то произвежда вторични частици, които оставят следа от синя светлина, докато преминават през детектора IceCube.
Авторство на изображението и авторски права: Никол Р. Фулър, IceCube/NSF
Това е уникална обсерватория, която изследванай-отдалечените ъгли на Вселената тук, на Земята, с помощта на неутрино. Благодарение на него учените съобщиха за първото наблюдение на високоенергиен източник на неутрино през 2018 г. Говорим за обекта TXS 0506 + 056, мощен блазар, който се намира на лявото рамо на Орион, съзвездие на 4 милиарда светлинни години от Земята.
Откриването на втори източник на високоенергийни неутрино и космически лъчи е резултат от повече от 30 години научни изследвания. Илюстрация: IceCube/NSF
Когато неутрино взаимодействат с молекули в чист антарктически лед, това произвежда вторични частици. Те оставят следа от синя светлина, докато преминават през детектора IceCube.
Общо той натрупа около80 неутрино с тераелектронволтна енергия от NGC 1068. Както обясняват авторите на новото изследване, те са успели да „уловят“ частиците благодарение на внимателно актуализиране на калибрирането на детектора. Работата на експертите по експлоатация на оборудването подобри реконструкцията на посоката на неутрино. С прости думи, физиците успяха да проследят по-точно пътя на частиците от NGC 1068.
Какво представляват неутрино?
Неутрино е общоприетото наименование за неутралифундаментални частици с полуцяло спин. Тяхната особеност е, че те участват само в слаби и гравитационни взаимодействия и принадлежат към класа на лептоните. Сега физиците знаят за три вида от тези частици: електронни, мюонни и тау неутрино, както и съответните им античастици. Друга особеност на неутриното е, че те имат много малка маса и нямат заряд при термоядрени реакции на звезди и експлозии на свръхнови .
Диаграма на детектора на IceCube. Илюстрация: IceCube/NSF
Изследването на тези частици е една от най-важните области във физиката. С тяхна помощ учените намират и изследват ефекти, които са извън стандартния модел.
Стандартен модел— теоретиченконструкция във физиката на елементарните частици, която описва електромагнитните, слабите и силните взаимодействия на всички елементарни частици. Модерната формулировка е завършена преди около 20 години след експериментално потвърждение за съществуването на кварки.
С помощта на слънчевите неутрино астрономите изучават процесите, протичащи на Слънцето в реално време.
Как "работи" неутриното?
За разлика от светлината, неутриното може да избягаизключително плътни среди във Вселената и достигат до Земята. Материята и електромагнитните полета, които проникват в извънгалактичното пространство, практически нямат ефект върху тях.
Въпреки че учените излязоха с неутрино астрономия повечеПреди 60 години слабото взаимодействие на частиците с материята и радиацията ги направи невероятно трудни за откриване. Но това все още е много важно. Учените наричат неутриното „ключ“, който ще помогне за изучаването на най-екстремните обекти в космоса.
Какво се знае за галактическия „доставчик на неутрино“?
Както е в случая с Млечния път,NGC 1068 е спирална галактика с преграда, с хлабави рамена и сравнително малка централна издутина. Въпреки това, за разлика от нашата галактика, NGC 1068 е активен обект. Това означава, че по-голямата част от радиацията се произвежда не от звезди, а от материал, който попада в централната черна дупка. Тя е милиони пъти по-масивна от Слънцето и дори от Стрелец A*, неактивна черна дупка в центъра на нашата галактика.
Изображение на Хъбъл на спиралната галактика NGC 1068. Кредит: NASA/ESA/A. ван дер Ховен
NGC 1068 също принадлежи към тип II Сейфертови галактики.
Галактика Сейферт - спирала илинеправилна галактика с активно ядро, чийто емисионен спектър съдържа много ярки широки ленти, показващи мощни газови емисии със скорости до няколко хиляди километра в секунда. Обектите от тип II имат характерно ярко ядро и също изглеждат ярки, когато се наблюдават в инфрачервения спектър.
основният проблем
NGC 1068 се вижда от Земята под такъв ъгъл, чецентралната област, където се намира черната дупка, е скрита от наблюдение. Процесите вътре в него остават загадка. Също така в Сейфертови галактики от тип II тор от ядрен прах закрива по-голямата част от високоенергийното лъчение. Произвежда се от плътна маса от газ и частици, които бавно и спирално се движат навътре към центъра на галактиката.
Всичко това, плюс радиацията, трябва да блокирагама лъчи. В противен случай те ще „придружават“ неутриното и ще помогнат на учените. Сега, когато физиците са калибрирали детекторите на IceCube и са открили неуловими частици от ядрото на NGC 1068, те научават повече за околната среда около свръхмасивните черни дупки, без да вземат предвид гама лъчите.
Защо преброяването на неутрино от галактики е толкова важно?
Според авторите на изследването благодарение наИзмерванията на неутрино на TXS 0506+056 и NGC 1068 IceCube са една стъпка по-близо до отговора на въпроса за произхода на космическите лъчи, който учените задават повече от сто години.
Изглед към лабораторията IceCube привечер.
Авторски права и авторски права: Мартин Улф, IceCube/NSF
Сега учените знаят какви са тепотоци от отделни и несвързани заредени частици, които „летят“ от космоса с огромна скорост. Те са доминирани от протони, но също така съдържат електрони, хелиеви ядра и по-тежки химични елементи.
Освен това изследването помогна на учените да разберат, че може да има много повече такива обекти във Вселената. Те все още не са идентифицирани.
Какво следва?
В бъдеще NGC 1068 ще се превърне в еталон занеутрино телескопи, според авторите на изследването. Да, това вече е много добре проучен обект за астрономите. Но неутриното ще позволи на учените да видят тази галактика по напълно различен начин.
Прочетете още:
Назоваха последствията от последната слънчева буря, ударила Земята
Масивен удар от космически обект задейства магнитното поле на Земята
Огромен тунел под египетския храм "скри" мистериозни артефакти
източници:
Доказателство за излъчване на неутрино от близката активна галактика NGC 1068, Наука (2022)
Неутрино разкриват скрита галактическа активност, Наука (2022)
Корица: спирална галактика с преграда NGC 1068
Сътрудници: НАСА, ЕКА, Алекс Филипенко (Калифорнийски университет в Бъркли), Уилям Спаркс (STScI), Луис К. Хо (KIAA-PKU), Матю А. Малкан (UCLA), Алесандро Капети (STScI), Алиса Паган (STScI)