Pētījuma rezultāti tika prezentēti zinātniskā tiešsaistes vebinārā, kurā piedalījās eksperti
Ko zinātnieki ir izdarījuši?
Pirmo reizi starptautiska astronomu grupaatrada pierādījumus par augstas enerģijas neitrīno emisijām no galaktikas NGC 1068 47 miljonu gaismas gadu attālumā no Zemes. Tas ir pazīstams arī kā Mesjē 77 un atrodas Cetus zvaigznājā. Tā spilgtuma un aktivitātes dēļ NGC 1068 ir viens no slavenākajiem un labi izpētītajiem objektiem. Tas tika atklāts tālajā 1780. gadā, un tagad to var novērot ar lielu binokli.
Neskatoties uz to, ka zinātnieki daudz zina par NGC 1068, novērot tā slēpto neitrīno aktivitāti nebija tik vienkārši. Kāpēc tieši, mēs pastāstīsim nedaudz vēlāk.
Kā viņi to izdarīja?
Zinātnieki atklāj neitrīnus, pateicoties observatorijailedus gabals. Tas ir masīvs neitrīno teleskops, kas aptver miljardu tonnu apstrādāta ledus no 1,5 līdz 2,5 km zem Antarktīdas virsmas netālu no Dienvidpola.
Kad neitrīno mijiedarbojas ar molekulām tīrā Antarktikas ledū, tas rada sekundāras daļiņas, kas, izejot cauri IceCube detektoram, atstāj zilas gaismas pēdas.
Attēla autortiesības un autortiesības: Nicole R. Fuller, IceCube/NSF
Šī ir unikāla observatorija, kas pētavisattālākajos Visuma stūros šeit uz Zemes, ar neitrīno palīdzību. Pateicoties viņam, zinātnieki ziņoja par pirmo lielas enerģijas neitrīno avota novērojumu 2018. gadā. Mēs runājam par objektu TXS 0506 + 056, spēcīgu blazāru, kas atrodas Oriona kreisajā plecā, zvaigznājā, kas atrodas 4 miljardu gaismas gadu attālumā no Zemes.
Otra augstas enerģijas neitrīno un kosmisko staru avota atklāšana ir vairāk nekā 30 gadu zinātnisku pētījumu rezultāts. Ilustrācija: IceCube/NSF
Kad neitrīno mijiedarbojas ar molekulām skaidrā Antarktikas ledū, tas rada sekundāras daļiņas. Izejot cauri IceCube detektoram, tie atstāj zilas gaismas pēdas.
Kopumā viņš uzkrāja apm80 teraelektronvoltu enerģijas neitrīno no NGC 1068. Kā skaidro jaunā pētījuma autori, viņi varēja “noķert” daļiņas, pateicoties rūpīgai detektora kalibrēšanas atjaunināšanai. Iekārtu ekspluatācijas ekspertu darbs pilnveidoja neitrīno virziena rekonstrukciju. Vienkāršiem vārdiem sakot, fiziķi varēja precīzāk izsekot daļiņu ceļam no NGC 1068.
Kas ir neitrīno?
Neitrīni ir neitrālu vispārpieņemtais nosaukumspamatdaļiņas ar pusvesela skaitļa spinu. To īpatnība ir tāda, ka tie piedalās tikai vājās un gravitācijas mijiedarbībās un pieder leptonu klasei. Tagad fiziķi zina par trim šo daļiņu veidiem: elektronu, mūonu un tau neitrīno, kā arī tiem atbilstošajām antidaļiņām. Vēl viena neitrīno iezīme ir tā, ka tām ir ļoti maza masa un nav lādiņa .
IceCube detektora diagramma. Ilustrācija: IceCube/NSF
Šo daļiņu izpēte ir viena no svarīgākajām fizikas jomām. Ar viņu palīdzību zinātnieki atrod un pēta efektus, kas pārsniedz standarta modeli.
Standarta modelis — teorētisksdaļiņu fizikas konstrukcija, kas apraksta visu elementārdaļiņu elektromagnētisko, vājo un spēcīgo mijiedarbību. Mūsdienu formulējums tika pabeigts apmēram pirms 20 gadiem pēc eksperimentālas kvarku esamības apstiprināšanas.
Ar saules neitrīno palīdzību astronomi pēta procesus, kas notiek uz Saules reāllaikā.
Kā neitrīno "darbojas"?
Atšķirībā no gaismas, neitrīno var izbēgt noārkārtīgi blīvu vidi Visumā un sasniedz Zemi. Viela un elektromagnētiskie lauki, kas caurstrāvo ārpusgalaktisko telpu, tos praktiski neietekmē.
Lai gan zinātnieki vairāk nāca klajā ar neitrīno astronomijuPirms 60 gadiem daļiņu vājā mijiedarbība ar vielu un starojumu padarīja tās neticami grūti atklāt. Bet tas joprojām ir ļoti svarīgi. Zinātnieki neitrīnus sauc par “atslēgu”, kas palīdzēs izpētīt ekstrēmākos objektus kosmosā.
Kas ir zināms par galaktisko neitrīno piegādātāju?
Tāpat kā Piena Ceļa gadījumā,NGC 1068 ir restota spirālveida galaktika ar brīvi iztītas pleciem un salīdzinoši nelielu centrālo izliekumu. Tomēr atšķirībā no mūsu galaktikas NGC 1068 ir aktīvs objekts. Tas nozīmē, ka lielāko daļu starojuma rada nevis zvaigznes, bet gan materiāls, kas iekrīt centrālajā melnajā caurumā. Tas ir miljoniem reižu masīvāks nekā Saule un pat Strēlnieks A*, neaktīvs melnais caurums mūsu galaktikas centrā.
Spirālveida galaktikas NGC 1068 Habla attēls. Pateicība: NASA/ESA/A. van der Hovens
NGC 1068 pieder arī II tipa Seiferta galaktikām.
Seiferta galaktika – spirālveida vaineregulāra galaktika ar aktīvu kodolu, kuras emisijas spektrs satur daudzas spilgtas platas joslas, kas norāda uz spēcīgu gāzu emisiju ar ātrumu līdz pat vairākiem tūkstošiem kilometru sekundē. II tipa objektiem ir raksturīgs spilgts kodols, un tie arī izskatās spilgti, novērojot infrasarkano staru.
galvenā problēma
NGC 1068 ir redzams no Zemes tādā leņķī, ka tascentrālais reģions, kurā atrodas melnais caurums, ir paslēpts no novērošanas. Procesi tajā joprojām ir noslēpums. Arī II tipa Seiferta galaktikās kodolputekļi aizēno lielāko daļu augstas enerģijas starojuma. To ražo blīva gāzes un daļiņu masa, kas lēnām un spirāli virzās uz iekšu galaktikas centra virzienā.
Tam visam, kā arī starojumam, vajadzētu bloķētgamma stari. Pretējā gadījumā viņi "pavadītu" neitrīnos un palīdzētu zinātniekiem. Tagad, kad fiziķi ir kalibrējuši IceCube detektorus un atklājuši netveramas daļiņas no NGC 1068 kodola, viņi uzzina vairāk par vidi ap supermasīviem melnajiem caurumiem, neņemot vērā gamma starus.
Kāpēc galaktiku neitrīno skaitīšana ir tik svarīga?
Kā norāda pētījuma autori, pateicotiesTXS 0506+056 un NGC 1068 IceCube neitrīno mērījumi ir soli tuvāk atbildei uz jautājumu par kosmisko staru izcelsmi, ko zinātnieki jautā jau vairāk nekā simts gadus.
Skats uz IceCube laboratoriju krēslas stundā.
Kredīts un autortiesības: Martins Volfs, IceCube/NSF
Tagad zinātnieki zina, kas tie iratsevišķu un nesaistītu lādētu daļiņu plūsmas, kas milzīgā ātrumā “lido” no kosmosa. Tajos dominē protoni, bet tajos ir arī elektroni, hēlija kodoli un smagāki ķīmiskie elementi.
Turklāt pētījums palīdzēja zinātniekiem saprast, ka Visumā var būt daudz vairāk šādu objektu. Viņi vēl ir jāidentificē.
Kas tālāk?
Nākotnē NGC 1068 kļūs par etalonuneitrīno teleskopus, norāda pētījuma autori. Jā, šis jau ir ļoti labi izpētīts objekts astronomiem. Taču neitrīno ļaus zinātniekiem ieraudzīt šo galaktiku pavisam savādāk.
Lasīt vairāk:
Nosauca pēdējās Saules vētras, kas skāra Zemi, sekas
Masīvs kosmosa objekta trieciens izraisīja Zemes magnētisko lauku
Milzīgs tunelis zem Ēģiptes tempļa “slēpa” noslēpumainus artefaktus
Avoti:
Pierādījumi par neitrīno emisiju no tuvējās aktīvās galaktikas NGC 1068, Science (2022)
Neitrīni atklāj slēptās galaktikas aktivitātes, zinātne (2022)
Vāks: spirālveida galaktika NGC 1068
Līdzstrādnieki: NASA, ESA, Alekss Filippenko (UC Berkeley), Viljams Sparks (STScI), Luiss K. Ho (KIAA-PKU), Metjū A. Malkāns (UCLA), Alesandro Kapetti (STScI), Alyssa Pagan (STScI)