Tutkimuksen tulokset esiteltiin tieteellisessä verkkoseminaarissa, johon osallistui asiantuntijoita
Mitä tutkijat ovat tehneet?
Kansainvälinen tähtitieteilijöiden ryhmä ensimmäistä kertaalöysi todisteita korkeaenergisista neutrinopäästöistä galaksista NGC 1068 47 miljoonan valovuoden etäisyydellä Maasta. Se tunnetaan myös nimellä Messier 77, ja se sijaitsee Cetuksen tähdistössä. Kirkkautensa ja aktiivisuutensa ansiosta NGC 1068 on yksi tunnetuimmista ja parhaiten tutkituista esineistä. Se löydettiin jo vuonna 1780, ja nyt sitä voidaan tarkkailla suurilla kiikareilla.
Huolimatta siitä, että tiedemiehet tietävät paljon NGC 1068:sta, sen piilotetun neutrinoaktiivisuuden tarkkaileminen ei ollut niin helppoa. Miksi tarkalleen, kerromme hieman myöhemmin.
Miten he tekivät sen?
Tutkijat löytävät neutriinoja observatorion ansiostajääkuutio. Se on massiivinen neutriinoteleskooppi, joka kattaa miljardi tonnia prosessoitua jäätä 1,5-2,5 km Etelämantereen pinnan alapuolella lähellä etelänavaa.
Kun neutrino on vuorovaikutuksessa molekyylien kanssa kirkkaassa Etelämantereen jäässä, se tuottaa toissijaisia hiukkasia, jotka jättävät sinisen valon jäljen kulkiessaan IceCube-ilmaisimen läpi.
Kuvan tekijänoikeus ja tekijänoikeus: Nicole R. Fuller, IceCube/NSF
Tämä on ainutlaatuinen observatorio, joka tutkiimaailmankaikkeuden kaukaisimmissa kulmissa täällä maan päällä neutriinojen avulla. Hänen ansiostaan tutkijat raportoivat ensimmäisen havainnon korkeaenergisesta neutrinolähteestä vuonna 2018. Puhumme objektista TXS 0506 + 056, voimakkaasta blazarista, joka sijaitsee Orionin vasemmalla olkapäällä, tähdistössä, joka on 4 miljardin valovuoden päässä Maasta.
Toisen korkeaenergisten neutriinojen ja kosmisten säteiden lähteen löytäminen on yli 30 vuoden tieteellisen tutkimuksen tulos. Kuva: IceCube/NSF
Kun neutriinot ovat vuorovaikutuksessa molekyylien kanssa kirkkaassa Etelämantereen jäässä, se tuottaa toissijaisia hiukkasia. Ne jättävät sinisen valon jäljen kulkiessaan IceCube-ilmaisimen läpi.
Yhteensä hän keräsi noin80 neutriinoa teraelektronivolttienergiaa NGC 1068:sta. Kuten uuden tutkimuksen kirjoittajat selittävät, he pystyivät "saappaamaan" hiukkaset ilmaisimen kalibroinnin huolellisen päivityksen ansiosta. Laitekäyttöasiantuntijoiden työ paransi neutriinosuunnan rekonstruktiota. Yksinkertaisesti sanottuna fyysikot pystyivät seuraamaan tarkemmin hiukkasten reittiä NGC 1068:sta.
Mitä ovat neutriinot?
Neutriinot ovat neutraalien yleinen nimiperushiukkasia puolikokonaisluvun spinillä. Niiden erikoisuus on, että ne osallistuvat vain heikkoihin ja gravitaatiovuorovaikutuksiin ja kuuluvat leptonien luokkaan. Nyt fyysikot tietävät kolmea tyyppiä näistä hiukkasista: elektroni-, myoni- ja tau-neutriinot sekä niitä vastaavat antihiukkaset. Toinen neutriinojen ominaisuus on, että niillä on hyvin pieni massa ja ei varausta. Ne syntyvät tähtien lämpöydinreaktioissa ja supernovaräjähdyksissä .
IceCube-ilmaisimen kaavio. Kuva: IceCube/NSF
Näiden hiukkasten tutkiminen on yksi fysiikan tärkeimmistä alueista. Heidän avullaan tutkijat löytävät ja tutkivat vaikutuksia, jotka ovat vakiomallin ulkopuolella.
Vakiomalli – teoreettinenhiukkasfysiikan rakenne, joka kuvaa kaikkien alkuainehiukkasten sähkömagneettista, heikkoa ja voimakasta vuorovaikutusta. Nykyaikainen formulaatio valmistui noin 20 vuotta sitten kvarkkien olemassaolon kokeellisen vahvistuksen jälkeen.
Auringon neutriinojen avulla tähtitieteilijät tutkivat Auringossa tapahtuvia prosesseja reaaliajassa.
Kuinka neutrino "toimii"?
Toisin kuin valo, neutriinot voivat paetaäärimmäisen tiheät ympäristöt universumissa ja saavuttavat maan. Aine ja sähkömagneettiset kentät, jotka läpäisevät ekstragalaktisen tilan, eivät käytännössä vaikuta niihin.
Vaikka tutkijat keksivät neutrinotähtitieteen enemmän60 vuotta sitten hiukkasten heikko vuorovaikutus aineen ja säteilyn kanssa teki niistä uskomattoman vaikean havaita. Mutta tämä on silti erittäin tärkeää. Tiedemiehet kutsuvat neutriinoja "avaimeksi", joka auttaa tutkimaan avaruuden äärimmäisimpiä kohteita.
Mitä tiedetään galaktisesta "neutrinotoimittajasta"?
Kuten Linnunradan tapauksessa,NGC 1068 on spiraaligalaksi, jossa on löyhästi kierretyt kädet ja suhteellisen pieni keskimyrsky. Toisin kuin galaksimme, NGC 1068 on kuitenkin aktiivinen kohde. Tämä tarkoittaa, että suurin osa säteilystä ei tuota tähdet, vaan materiaali, joka putoaa keskeiseen mustaan aukkoon. Se on miljoonia kertoja massiivisempi kuin aurinko ja jopa Jousimies A*, ei-aktiivinen musta aukko galaksimme keskellä.
Hubble-kuva spiraaligalaksista NGC 1068. Kiitos: NASA/ESA/A. van der Hoeven
NGC 1068 kuuluu myös tyypin II Seyfert-galakseihin.
Seyfert galaksi - spiraali taiEpäsäännöllinen galaksi, jossa on aktiivinen ydin, jonka emissiospektri sisältää monia kirkkaita leveitä kaistoja, jotka osoittavat voimakkaita kaasupäästöjä jopa useiden tuhansien kilometrien sekunnissa. Tyypin II esineillä on tyypillinen kirkas ydin, ja ne näyttävät myös kirkkailta infrapunassa tarkasteltuna.
pääongelma
NGC 1068 näkyy maasta sellaisessa kulmassa, että sekeskialue, jossa musta aukko sijaitsee, on piilossa havainnolta. Sen sisällä tapahtuvat prosessit ovat mysteeri. Myös tyypin II Seyfert-galakseissa ydinpölytorus peittää suurimman osan korkeaenergisesta säteilystä. Sitä tuottaa tiheä kaasu- ja hiukkasmassa, joka liikkuu hitaasti ja spiraalimaisesti sisäänpäin kohti galaksin keskustaa.
Kaiken tämän, plus säteilyn, pitäisi estäägammasäteet. Muuten he "seuraavat" neutriinoja ja auttaisivat tutkijoita. Nyt kun fyysikot ovat kalibroineet IceCuben ilmaisimet ja havainneet vaikeasti havaittavia hiukkasia NGC 1068:n ytimestä, he oppivat lisää supermassiivisten mustien aukkojen ympäristöstä ottamatta huomioon gammasäteitä.
Miksi neutriinojen laskeminen galakseista on niin tärkeää?
Tutkimuksen tekijöiden mukaan kiitosTXS 0506+056:n ja NGC 1068 IceCuben neutriinomittaukset ovat askeleen lähempänä vastausta kysymykseen kosmisten säteiden alkuperästä, jota tutkijat ovat kysyneet yli sata vuotta.
Näkymä IceCube Labista iltahämärässä.
Luotto ja tekijänoikeudet: Martin Wolf, IceCube/NSF
Nyt tiedemiehet tietävät, mitä he ovaterillisten ja toisiinsa liittymättömien varautuneiden hiukkasten virtoja, jotka "lentävät" ulkoavaruudesta valtavalla nopeudella. Niitä hallitsevat protonit, mutta ne sisältävät myös elektroneja, heliumytimiä ja raskaampia kemiallisia alkuaineita.
Lisäksi tutkimus auttoi tutkijoita ymmärtämään, että universumissa voi olla paljon enemmän tällaisia esineitä. Heitä ei ole vielä tunnistettu.
Mitä seuraavaksi?
Tulevaisuudessa NGC 1068:sta tulee vertailukohtaneutrinoteleskoopit, tutkimuksen tekijöiden mukaan. Kyllä, tämä on jo hyvin tutkittu kohde tähtitieteilijöille. Mutta neutriinot antavat tutkijoille mahdollisuuden nähdä tämä galaksi täysin eri tavalla.
Lue lisää:
Nimettiin viimeisen Maahan osuneen aurinkomyrskyn seuraukset
Massiivinen isku avaruusobjektista laukaisi Maan magneettikentän
Egyptiläisen temppelin alla oleva valtava tunneli "piilotti" salaperäisiä esineitä
lähteet:
Todisteet läheisen aktiivisen galaksin NGC 1068 neutrinopäästöistä, Science (2022)
Neutriinot paljastavat piilotettua galaktista toimintaa, tiede (2022)
Kansi: barred spiral galaxy NGC 1068
Osallistujat: NASA, ESA, Alex Filippenko (UC Berkeley), William Sparks (STScI), Louis C. Ho (KIAA-PKU), Matthew A. Malkan (UCLA), Alessandro Capetti (STScI), Alyssa Pagan (STScI)