מה הסתירה הגלקסיה המפורסמת: אסטרונומים הסבירו את התהליכים המוזרים בליבה

תוצאות המחקר הוצגו בסמינר מקוון מדעי, בו השתתפו מומחים

עיתונאים ומדענים מכל העולם.

מה עשו המדענים?

קבוצה בינלאומית של אסטרונומים בפעם הראשונהמצאו עדויות לפליטות ניטרינו באנרגיה גבוהה מהגלקסיה NGC 1068 במרחק של 47 מיליון שנות אור מכדור הארץ. הוא ידוע גם בשם Messier 77 והוא ממוקם בקבוצת הכוכבים Cetus. בגלל הבהירות והפעילות שלו, NGC 1068 הוא אחד מהאובייקטים המפורסמים והנחקרים ביותר. הוא התגלה עוד בשנת 1780, וכעת ניתן לצפות בו במשקפת גדולה.

למרות העובדה שמדענים יודעים הרבה על NGC 1068, התבוננות בפעילות הניטרינו הנסתרת שלו לא הייתה כל כך קלה. למה בדיוק, נספר קצת בהמשך.

איך הם עשו את זה?

מדענים מגלים נויטרינו הודות למצפה כוכביםקובית קרח. זהו טלסקופ נייטרינו מסיבי המכסה מיליארד טונות של קרח מעובד מ-1.5 עד 2.5 ק"מ מתחת לפני השטח של אנטארקטיקה ליד הקוטב הדרומי.

כאשר ניטרינו מקיים אינטראקציה עם מולקולות בקרח אנטארקטי צלול, הוא מייצר חלקיקים משניים המשאירים שובל של אור כחול כשהם עוברים דרך גלאי IceCube. 
קרדיט תמונה וזכויות יוצרים: ניקול ר. פולר, IceCube/NSF

זהו מצפה כוכבים ייחודי שחוקרהפינות הרחוקות ביותר של היקום כאן על כדור הארץ, בעזרת נויטרינו. בזכותו דיווחו מדענים על התצפית הראשונה במקור ניטרינו עתיר אנרגיה ב-2018. אנחנו מדברים על העצם TXS 0506 + 056, בלאזאר רב עוצמה, שנמצא על הכתף השמאלית של אוריון, קבוצת כוכבים במרחק של 4 מיליארד שנות אור מכדור הארץ.

הגילוי של מקור שני של ניטרינו וקרניים קוסמיות עתירי אנרגיה היא תוצאה של יותר מ-30 שנות מחקר מדעי. איור: IceCube/NSF

כאשר ניטרינו מקיימים אינטראקציה עם מולקולות בקרח אנטארקטי צלול, הוא מייצר חלקיקים משניים. הם משאירים שובל של אור כחול כשהם עוברים דרך גלאי IceCube.

בסך הכל, הוא צבר בערך80 ניטרינו של אנרגיית טראלקטרון וולט מ-NGC 1068. כפי שמסבירים מחברי המחקר החדש, הם הצליחו "לתפוס" את החלקיקים הודות לעדכון קפדני של כיול הגלאי. עבודתם של מומחי תפעול ציוד שיפרה את השחזור של כיוון הניטרינו. במילים פשוטות, פיזיקאים הצליחו לעקוב בצורה מדויקת יותר אחר נתיב החלקיקים מ-NGC 1068.

מהם נייטרינים?

ניוטרינו הם השם הנפוץ לנייטרליםחלקיקי יסוד עם ספין של חצי מספר שלם. המוזרות שלהם היא שהם משתתפים רק באינטראקציות חלשות וכבידה ושייכים למעמד הלפטונים. עכשיו פיזיקאים יודעים על שלושה סוגים של חלקיקים אלה: נייטרינו אלקטרונים, מיאון וטאו, כמו גם אנטי-חלקיקים מקבילים שלהם היא שיש להם מעט מאוד מסה וללא מטען הם נולדים בתגובות תרמו-גרעיניות של כוכבים ופיצוצי סופרנובה .

דיאגרמת גלאי IceCube. איור: IceCube/NSF

חקר החלקיקים הללו הוא אחד התחומים החשובים ביותר בפיזיקה. בעזרתם, מדענים מוצאים וחוקרים השפעות שהן מעבר למודל הסטנדרטי.

מודל סטנדרטי- תיאורטימבנה בפיזיקה של חלקיקים המתאר את האינטראקציות האלקטרומגנטיות, החלשות והחזקות של כל החלקיקים היסודיים. הניסוח המודרני הושלם לפני כ-20 שנה לאחר אישור ניסיוני לקיומם של קווארקים.

בעזרת ניטרינו שמש, אסטרונומים חוקרים את התהליכים המתרחשים על השמש בזמן אמת.

איך נייטרינו "עובד"?

בניגוד לאור, ניטרינו יכולים לברוחסביבות צפופות במיוחד ביקום ומגיעות לכדור הארץ. לחומר ולשדות אלקטרומגנטיים החודרים לחלל החוץ-גלקטי אין כמעט השפעה עליהם. 

למרות שמדענים הגיעו עם אסטרונומיה ניטרינו יותרלפני 60 שנה, האינטראקציה החלשה של חלקיקים עם חומר וקרינה הפכה אותם לקשים להפליא לזיהוי. אבל זה עדיין חשוב מאוד. מדענים קוראים לנייטרינו "מפתח" שיעזור לחקור את העצמים הקיצוניים ביותר בחלל.

מה ידוע על "ספק הניטרינו" הגלקטי?

כמו במקרה של שביל החלב,NGC 1068 היא גלקסיה ספירלית מסורגת עם זרועות כרויות רופפות ובליטה מרכזית קטנה יחסית. עם זאת, בניגוד לגלקסיה שלנו, NGC 1068 הוא עצם פעיל. המשמעות היא שרוב הקרינה מופקת לא על ידי כוכבים, אלא על ידי חומר הנופל לתוך החור השחור המרכזי. הוא מסיבי פי מיליוני מהשמש ואפילו מזל קשת A*, חור שחור לא פעיל במרכז הגלקסיה שלנו.

תמונת האבל של הגלקסיה הספירלית NGC 1068. קרדיט: נאס"א/ESA/A. ואן דר הובן

NGC 1068 שייך גם לגלקסיות סייפרט מסוג II.

גלקסיית סייפרט - ספירלה אוגלקסיה לא סדירה עם גרעין פעיל, שספקטרום הפליטה שלו מכיל פסים רחבים בהירים רבים, המעידים על פליטת גזים עוצמתיים במהירויות של עד כמה אלפי קילומטרים לשנייה. לאובייקטים מסוג II יש ליבה בהירה אופיינית והם גם נראים בהירים כאשר הם צופים באינפרא אדום.

הבעיה העיקרית

NGC 1068 נראה מכדור הארץ בזווית כזו שהואהאזור המרכזי שבו נמצא החור השחור נסתר מהתבוננות. התהליכים בתוכו נותרים בגדר תעלומה גם בגלקסיות סייפרט מסוג II, טורוס של אבק גרעיני מסתיר את רוב הקרינה עתירת האנרגיה. הוא מיוצר על ידי מסה צפופה של גז וחלקיקים הנעים לאט ובצורה ספירלית פנימה לכיוון מרכז הגלקסיה.

כל זה, בתוספת קרינה, צריך לחסוםקרני גמא. אחרת, הם "ילוו" את הנייטרינו ויעזרו למדענים. כעת, כשפיזיקאים כיילו את הגלאים של IceCube וזיהו חלקיקים חמקמקים מליבת NGC 1068, הם לומדים יותר על הסביבה סביב חורים שחורים סופר מסיביים, מבלי לקחת בחשבון קרני גמא.

מדוע ספירת ניטרינו מגלקסיות כה חשובה?

לדברי מחברי המחקר, הודות למדידות הניטרינו של TXS 0506+056 ו-NGC 1068 IceCube מתקרבות צעד אחד יותר לתשובה לשאלה לגבי מקור הקרניים הקוסמיות שמדענים שואלים כבר יותר ממאה שנים.

מבט על מעבדת IceCube בשעת בין ערביים.
קרדיט וזכויות יוצרים: מרטין וולף, IceCube/NSF

עכשיו מדענים יודעים מה הםזרמים של חלקיקים טעונים נפרדים ולא קשורים ש"עפים" מהחלל החיצון במהירות עצומה. הם נשלטים על ידי פרוטונים, אך מכילים גם אלקטרונים, גרעיני הליום ויסודות כימיים כבדים יותר.

בנוסף, המחקר עזר למדענים להבין שייתכן שיש הרבה יותר עצמים כאלה ביקום. הם עדיין לא זוהו.

מה הלאה?

בעתיד, NGC 1068 יהפוך לאמת מידה עבורטלסקופי נייטרינו, לפי מחברי המחקר. כן, זה כבר אובייקט שנחקר היטב עבור אסטרונומים. אבל ניטרינו יאפשרו למדענים לראות את הגלקסיה הזו בצורה שונה לחלוטין.

קרא עוד:

שמה את ההשלכות של סערת השמש האחרונה שפגעה בכדור הארץ

פגיעה מסיבית מעצם חלל הפעילה את השדה המגנטי של כדור הארץ

מנהרה ענקית מתחת למקדש המצרי "חבויים" חפצים מסתוריים

מקורות:
עדות לפליטת ניטרינו מגלקסיה פעילה קרובה NGC 1068, Science (2022)
ניוטרינו חושפים פעילות גלקטית נסתרת, מדע (2022)

כיסוי: גלקסיה ספירלית מסורגת NGC 1068
תורמים: נאס"א, ESA, אלכס פיליפנקו (UC ברקלי), וויליאם ספארקס (STScI), לואי סי הו (KIAA-PKU), מתיו א. מלקן (UCLA), אלסנדרו קאפטי (STScI), אליסה פגן (STScI)