Tyrimo rezultatai buvo pristatyti moksliniame internetiniame internetiniame seminare, kuriame dalyvavo ekspertai
Ką padarė mokslininkai?
Pirmą kartą tarptautinė astronomų grupėaptiko didelės energijos neutrinų emisiją iš galaktikos NGC 1068, esančios 47 milijonų šviesmečių atstumu nuo Žemės. Jis taip pat žinomas kaip Mesjė 77 ir yra Cetus žvaigždyne. Dėl savo ryškumo ir aktyvumo NGC 1068 yra vienas žinomiausių ir labiausiai ištirtų objektų. Jis buvo atrastas dar 1780 m., o dabar jį galima stebėti dideliais žiūronais.
Nepaisant to, kad mokslininkai daug žino apie NGC 1068, stebėti jo paslėptą neutrinų aktyvumą nebuvo taip paprasta. Kodėl būtent, mes pasakysime šiek tiek vėliau.
Kaip jiems tai pavyko?
Observatorijos dėka mokslininkai atranda neutrinusledo kubelis. Tai didžiulis neutrininis teleskopas, dengiantis milijardą tonų apdoroto ledo 1,5–2,5 km žemiau Antarktidos paviršiaus netoli Pietų ašigalio.
Kai neutrinas sąveikauja su skaidraus Antarkties ledo molekulėmis, jis gamina antrines daleles, kurios palieka mėlynos šviesos pėdsaką, kai praeina pro „IceCube“ detektorių.
Vaizdo kreditas ir autorių teisės: Nicole R. Fuller, IceCube/NSF
Tai unikali observatorija, kuri tyrinėjatolimiausius visatos kampelius čia, Žemėje, padedant neutrinams. Būtent jo dėka mokslininkai pranešė apie pirmąjį didelės energijos neutrinų šaltinio stebėjimą 2018 m. Mes kalbame apie objektą TXS 0506 + 056, galingą blazarą, esantį ant kairiojo Oriono peties, žvaigždyno, esančio už 4 milijardų šviesmečių nuo Žemės.
Antrojo didelės energijos neutrinų ir kosminių spindulių šaltinio atradimas yra daugiau nei 30 metų trukusių mokslinių tyrimų rezultatas. Iliustracija: IceCube/NSF
Kai neutrinai sąveikauja su skaidraus Antarkties ledo molekulėmis, susidaro antrinės dalelės. Jie palieka mėlynos šviesos pėdsaką, kai praeina pro „IceCube“ detektorių.
Iš viso jis sukaupė apie80 neutrinų teraelektronvoltų energijos iš NGC 1068. Kaip aiškina naujojo tyrimo autoriai, jiems pavyko „pagauti“ daleles dėl kruopštaus detektoriaus kalibravimo atnaujinimo. Įrenginių eksploatavimo ekspertų darbas pagerino neutrino krypties rekonstrukciją. Paprastais žodžiais tariant, fizikai galėjo tiksliau sekti dalelių kelią iš NGC 1068.
Kas yra neutrinai?
Neutrinai yra bendras neutralių pavadinimaspagrindinės dalelės su pusės sveikojo skaičiaus sukiniu. Jų ypatumas yra tas, kad jie dalyvauja tik silpnoje ir gravitacinėje sąveikoje ir priklauso leptonų klasei. Dabar fizikai žino apie tris šių dalelių tipus: elektronų, miuonų ir tau neutrinų, taip pat juos atitinkančias antidaleles .
„IceCube“ detektoriaus diagrama. Iliustracija: „IceCube“ / NSF
Šių dalelių tyrimas yra viena iš svarbiausių fizikos sričių. Su jų pagalba mokslininkai randa ir tiria efektus, kurie yra už standartinio modelio ribų.
Standartinis modelis – teorinisdalelių fizikos konstruktas, apibūdinantis visų elementariųjų dalelių elektromagnetinę, silpnąją ir stipriąją sąveiką. Šiuolaikinė formulė buvo baigta maždaug prieš 20 metų, eksperimentiškai patvirtinus kvarkų egzistavimą.
Saulės neutrinų pagalba astronomai tiria Saulėje vykstančius procesus realiu laiku.
Kaip „veikia“ neutrinas?
Skirtingai nuo šviesos, neutrinai gali ištrūktiitin tankią aplinką Visatoje ir pasiekia Žemę. Ekstragalaktinėje erdvėje prasiskverbiantys materijos ir elektromagnetiniai laukai jiems praktiškai neturi jokios įtakos.
Nors mokslininkai neutrinų astronomiją sugalvojo daugiauPrieš 60 metų dėl silpnos dalelių sąveikos su medžiaga ir radiacija jas buvo nepaprastai sunku aptikti. Bet tai vis tiek labai svarbu. Mokslininkai neutrinus vadina „raktu“, kuris padės tirti ekstremaliausius kosmoso objektus.
Kas žinoma apie galaktikos „neutrinų tiekėją“?
Kaip ir Paukščių Tako atveju,NGC 1068 yra baretinė spiralinė galaktika su laisvai suvyniotomis rankomis ir palyginti mažu centriniu iškilimu. Tačiau skirtingai nei mūsų galaktika, NGC 1068 yra aktyvus objektas. Tai reiškia, kad didžiąją dalį spinduliuotės gamina ne žvaigždės, o medžiaga, patenkanti į centrinę juodąją skylę. Ji yra milijonus kartų masyvesnė už Saulę ir net Šaulį A* – neaktyvią juodąją skylę mūsų galaktikos centre.
Spiralinės galaktikos NGC 1068 Hablo vaizdas. Autoriai: NASA/ESA/A. van der Hoevenas
NGC 1068 taip pat priklauso II tipo Seiferto galaktikoms.
Seiferto galaktika – spiralinė arbanetaisyklinga galaktika su aktyviu branduoliu, kurios emisijos spektre yra daug ryškių plačių juostų, rodančių galingą dujų emisiją iki kelių tūkstančių kilometrų per sekundę greičiu. II tipo objektai turi būdingą ryškią šerdį ir taip pat atrodo šviesūs, kai stebimi infraraudonųjų spindulių spinduliuote.
pagrindinė problema
NGC 1068 iš Žemės matomas tokiu kampu, kad jiscentrinė sritis, kurioje yra juodoji skylė, yra paslėpta nuo stebėjimo. Jo viduje vykstantys procesai taip pat lieka paslaptimi ir II tipo Seiferto galaktikose, branduolinių dulkių toras užstoja didžiąją dalį didelės energijos spinduliuotės. Jį gamina tanki dujų ir dalelių masė, kuri lėtai ir spirale juda į vidų link galaktikos centro.
Visa tai ir radiacija turėtų blokuotigama spinduliai. Priešingu atveju jie „lydėtų“ neutrinus ir padėtų mokslininkams. Dabar, kai fizikai sukalibravo „IceCube“ detektorius ir aptiko nepagaunamas daleles iš NGC 1068 šerdies, jie sužino daugiau apie aplinką aplink supermasyvias juodąsias skyles, neatsižvelgdami į gama spindulius.
Kodėl taip svarbu skaičiuoti neutrinus iš galaktikų?
Pasak tyrimo autorių, dėkaTXS 0506+056 ir NGC 1068 IceCube neutrinų matavimai yra žingsnis arčiau atsakymo į klausimą apie kosminių spindulių kilmę, kurį mokslininkai klausė daugiau nei šimtą metų.
„IceCube“ laboratorijos vaizdas sutemus.
Kreditas ir autorių teisės: Martin Wolf, IceCube/NSF
Dabar mokslininkai žino, kas jie yraatskirų ir nesusijusių įkrautų dalelių srautai, „skraidantys“ iš kosmoso milžinišku greičiu. Juose dominuoja protonai, bet yra ir elektronų, helio branduolių ir sunkesnių cheminių elementų.
Be to, tyrimas padėjo mokslininkams suprasti, kad tokių objektų visatoje gali būti daug daugiau. Jie dar turi būti identifikuoti.
Kas toliau?
Ateityje NGC 1068 taps etalonuneutrinų teleskopų, teigia tyrimo autoriai. Taip, tai jau labai gerai ištirtas objektas astronomams. Tačiau neutrinai leis mokslininkams pamatyti šią galaktiką visiškai kitaip.
Skaityti daugiau:
Įvardijo paskutinės Žemę smogusios Saulės audros pasekmes
Didžiulis kosminio objekto smūgis suaktyvino Žemės magnetinį lauką
Didžiulis tunelis po Egipto šventykla „paslėpė“ paslaptingus artefaktus
Šaltiniai:
Neutrinų emisijos iš netoliese esančios aktyvios galaktikos NGC 1068 įrodymai, Science (2022)
Neutrinai atskleidžia paslėptą galaktikos veiklą, mokslas (2022)
Viršelis: spiralinė galaktika NGC 1068
Pagalbininkai: NASA, ESA, Alex Filippenko (UC Berkeley), William Sparks (STScI), Louis C. Ho (KIAA-PKU), Matthew A. Malkan (UCLA), Alessandro Capetti (STScI), Alyssa Pagan (STScI)