Výsledky studie byly prezentovány na vědeckém online webináři, kterého se zúčastnili odborníci
Co vědci udělali?
Mezinárodní skupina astronomů poprvénašli důkazy o vysokoenergetických emisích neutrin z galaxie NGC 1068 ve vzdálenosti 47 milionů světelných let od Země. Je také známý jako Messier 77 a nachází se v souhvězdí Cetus. Díky své jasnosti a aktivitě je NGC 1068 jedním z nejznámějších a dobře prostudovaných objektů. Byl objeven již v roce 1780 a nyní jej lze pozorovat velkým dalekohledem.
Navzdory skutečnosti, že vědci vědí o NGC 1068 hodně, pozorování její skryté aktivity neutrin nebylo tak snadné. Proč přesně, řekneme o něco později.
jak to udělali?
Vědci objevili neutrina díky observatořiKostka ledu. Jde o masivní neutrinový teleskop pokrývající miliardu tun zpracovaného ledu v hloubce 1,5 až 2,5 km pod povrchem Antarktidy poblíž jižního pólu.
Když neutrino interaguje s molekulami v čistém antarktickém ledu, produkuje sekundární částice, které zanechávají stopu modrého světla, když procházejí detektorem IceCube.
Obrazový kredit a autorská práva: Nicole R. Fuller, IceCube/NSF
Jedná se o unikátní observatoř, která zkoumánejvzdálenějších koutů vesmíru zde na Zemi, s pomocí neutrin. Právě díky němu vědci v roce 2018 ohlásili první pozorování zdroje vysokoenergetických neutrin. Mluvíme o objektu TXS 0506 + 056, mocném blazaru, který se nachází na levém rameni Orionu, souhvězdí vzdáleného 4 miliardy světelných let od Země.
Objev druhého zdroje vysokoenergetických neutrin a kosmického záření je výsledkem více než 30 let vědeckého výzkumu. Ilustrace: IceCube/NSF
Když neutrina interagují s molekulami v čistém antarktickém ledu, produkují sekundární částice. Při průchodu detektorem IceCube zanechávají stopu modrého světla.
Celkem nastřádal asi80 neutrin teraelektronvoltové energie z NGC 1068. Jak vysvětlují autoři nové studie, částice se jim podařilo „chytit“ díky pečlivé aktualizaci kalibrace detektoru. Práce odborníků na provoz zařízení zlepšila rekonstrukci směru neutrin. Jednoduše řečeno, fyzici byli schopni přesněji sledovat cestu částic z NGC 1068.
Co jsou neutrina?
Neutrina jsou obecný název pro neutrályfundamentální částice s polocelým spinem. Jejich zvláštností je, že se účastní pouze slabých a gravitačních interakcí a patří do třídy leptonů. Nyní fyzici vědí o třech typech těchto částic: elektronová, mionová a tau neutrina, stejně jako jejich odpovídající antičástice. Dalším rysem neutrin je, že mají velmi malou hmotnost a žádný náboj. Rodí se při termonukleárních reakcích hvězd a výbuchů supernov .
Schéma detektoru IceCube. Ilustrace: IceCube/NSF
Studium těchto částic je jednou z nejdůležitějších oblastí fyziky. S jejich pomocí vědci nacházejí a studují účinky, které jsou mimo standardní model.
Standardní model – teoretickýkonstrukt v částicové fyzice, který popisuje elektromagnetické, slabé a silné interakce všech elementárních částic. Moderní formulace byla dokončena asi před 20 lety po experimentálním potvrzení existence kvarků.
S pomocí slunečních neutrin astronomové studují procesy, které probíhají na Slunci v reálném čase.
Jak neutrino "funguje"?
Na rozdíl od světla mohou neutrina uniknoutextrémně hustá prostředí ve vesmíru a dosáhnout až na Zemi. Hmota a elektromagnetická pole, která prostupují mimogalaktický prostor, na ně nemají prakticky žádný vliv.
I když vědci přišli s neutrinovou astronomií vícePřed 60 lety byla slabá interakce částic s hmotou a zářením neuvěřitelně obtížně detekovatelná. Ale to je stále velmi důležité. Vědci nazývají neutrina „klíčem“, který pomůže studovat nejextrémnější objekty ve vesmíru.
Co je známo o galaktickém „dodavateli neutrin“?
Stejně jako v případě Mléčné dráhy,NGC 1068 je spirální galaxie s příčkou s volně vinutými rameny a relativně malým centrálním vyboulením. Na rozdíl od naší galaxie je však NGC 1068 aktivní objekt. To znamená, že většinu záření nevytvářejí hvězdy, ale materiál, který dopadá do centrální černé díry. Je milionkrát hmotnější než Slunce a dokonce i Sagittarius A*, neaktivní černá díra ve středu naší galaxie.
Hubbleův snímek spirální galaxie NGC 1068. Poděkování: NASA/ESA/A. van der Hoeven
NGC 1068 také patří k Seyfertovým galaxiím typu II.
Seyfertova galaxie - spirální popřnepravidelná galaxie s aktivním jádrem, jejíž emisní spektrum obsahuje mnoho jasných širokých pásů, což ukazuje na silné emise plynu rychlostí až několik tisíc kilometrů za sekundu. Objekty typu II mají charakteristické jasné jádro a při pozorování v infračervené oblasti se také zdají jasné.
hlavní problém
NGC 1068 je viditelná ze Země pod takovým úhlem, že anocentrální oblast, kde se černá díra nachází, je skryta před pozorováním. Procesy uvnitř zůstávají záhadou.Také v Seyfertových galaxiích typu II zakrývá torus jaderného prachu většinu vysokoenergetického záření. Je produkován hustou hmotou plynu a částic, které se pomalu a spirálovitě pohybují dovnitř směrem ke středu galaxie.
To vše, plus záření, by mělo blokovatgama záření. Jinak by „doprovázeli“ neutrina a pomáhali vědcům. Nyní, když fyzici zkalibrovali detektory IceCube a detekovali nepolapitelné částice z jádra NGC 1068, dozvídají se více o prostředí kolem supermasivních černých děr, aniž by brali v úvahu gama záření.
Proč je počítání neutrin z galaxií tak důležité?
Podle autorů studie díkyNeutrinová měření TXS 0506+056 a NGC 1068 IceCube jsou o krok blíže k odpovědi na otázku o původu kosmického záření, kterou si vědci kladou již více než sto let.
Pohled na IceCube Lab za soumraku.
Kredit a autorská práva: Martin Wolf, IceCube/NSF
Nyní vědci vědí, co to jeproudy samostatných a nesouvisejících nabitých částic, které „létají“ z vesmíru obrovskou rychlostí. Převládají v nich protony, ale obsahují také elektrony, jádra helia a těžší chemické prvky.
Studie navíc vědcům pomohla pochopit, že takových objektů může být ve vesmíru mnohem více. Musí být ještě identifikováni.
Co bude dál?
V budoucnu se NGC 1068 stane měřítkem proneutrinové dalekohledy, tvrdí autoři studie. Ano, toto je již velmi dobře prozkoumaný objekt pro astronomy. Neutrina ale vědcům umožní vidět tuto galaxii úplně jinak.
Přečtěte si více:
Pojmenoval následky poslední sluneční bouře, která zasáhla Zemi
Masivní dopad vesmírného tělesa spustil magnetické pole Země
Obrovský tunel pod egyptským chrámem „ukrýval“ záhadné artefakty
Zdroje:
Důkazy o emisi neutrin z blízké aktivní galaxie NGC 1068, Science (2022)
Neutrinos Reveal Hidden Galactic Activity, věda (2022)
Obal: spirální galaxie s příčkou NGC 1068
Přispěvatelé: NASA, ESA, Alex Filippenko (UC Berkeley), William Sparks (STScI), Louis C. Ho (KIAA-PKU), Matthew A. Malkan (UCLA), Alessandro Capetti (STScI), Alyssa Pagan (STScI)