Os resultados do estudo foram apresentados em um webinar científico online, que contou com a presença de especialistas
O que os cientistas fizeram?
Um grupo internacional de astrónomos pela primeira vezencontraram evidências de emissões de neutrinos de alta energia da galáxia NGC 1068, a uma distância de 47 milhões de anos-luz da Terra. Também é conhecido como Messier 77 e está localizado na constelação de Cetus. Devido ao seu brilho e atividade, NGC 1068 é um dos objetos mais famosos e bem estudados. Foi descoberto em 1780 e agora pode ser observado com grandes binóculos.
Apesar do fato de os cientistas saberem muito sobre NGC 1068, observar sua atividade oculta de neutrinos não foi tão fácil. Por que exatamente, contaremos um pouco mais tarde.
Como eles fizeram isso?
Cientistas descobrem neutrinos graças a observatóriocubo de gelo. É um enorme telescópio de neutrinos que cobre um bilhão de toneladas de gelo processado de 1,5 a 2,5 km abaixo da superfície da Antártida perto do Pólo Sul.
Quando um neutrino interage com moléculas no gelo antártico transparente, ele produz partículas secundárias que deixam um rastro de luz azul ao passarem pelo detector IceCube.
Crédito de imagem e direitos autorais: Nicole R. Fuller, IceCube/NSF
Este é um observatório único que exploraos cantos mais distantes do universo aqui na Terra, com a ajuda de neutrinos. É graças a ele que os cientistas relataram a primeira observação de uma fonte de neutrinos de alta energia em 2018. Estamos falando do objeto TXS 0506 + 056, um poderoso blazar, localizado no ombro esquerdo de Orion, uma constelação a 4 bilhões de anos-luz da Terra.
A descoberta de uma segunda fonte de neutrinos e raios cósmicos de alta energia é o resultado de mais de 30 anos de pesquisa científica. Ilustração: IceCube/NSF
Quando os neutrinos interagem com moléculas no gelo antártico transparente, produzem partículas secundárias. Eles deixam um rastro de luz azul ao passar pelo detector IceCube.
No total, ele acumulou cerca de80 neutrinos de energia teraelétron-volt do NGC 1068. Como explicam os autores do novo estudo, eles foram capazes de “capturar” as partículas graças a uma atualização cuidadosa da calibração do detector. O trabalho dos especialistas em operação de equipamentos melhorou a reconstrução da direção dos neutrinos. Em palavras simples, os físicos conseguiram rastrear com mais precisão o caminho das partículas da NGC 1068.
O que são neutrinos?
Neutrinos são o nome comum para neutrospartículas fundamentais com spin meio inteiro. Sua peculiaridade é que participam apenas de interações fracas e gravitacionais e pertencem à classe dos léptons. Agora os físicos conhecem três tipos dessas partículas: neutrinos de elétron, múon e tau, bem como suas antipartículas correspondentes. Outra característica dos neutrinos é que eles têm muito pouca massa e nenhuma carga. Eles nascem em reações termonucleares de estrelas e explosões de supernovas. .
Diagrama do detector IceCube. Ilustração: IceCube/NSF
O estudo dessas partículas é uma das áreas mais importantes da física. Com a ajuda deles, os cientistas encontram e estudam efeitos que vão além do Modelo Padrão.
Modelo Padrão - teóricouma construção em física de partículas que descreve as interações eletromagnéticas, fracas e fortes de todas as partículas elementares. A formulação moderna foi concluída há cerca de 20 anos, após a confirmação experimental da existência de quarks.
Com a ajuda dos neutrinos solares, os astrônomos estudam os processos que ocorrem no Sol em tempo real.
Como um neutrino "funciona"?
Ao contrário da luz, os neutrinos podem escaparambientes extremamente densos no Universo e atingem a Terra. A matéria e os campos eletromagnéticos que permeiam o espaço extragaláctico praticamente não têm efeito sobre eles.
Embora os cientistas tenham criado a astronomia de neutrinos maisHá 60 anos, a fraca interação das partículas com a matéria e a radiação tornava-as incrivelmente difíceis de detectar. Mas isso ainda é muito importante. Os cientistas chamam os neutrinos de “chave” que ajudará a estudar os objetos mais extremos do espaço.
O que se sabe sobre o “fornecedor de neutrinos” galáctico?
Como é o caso da Via Láctea,NGC 1068 é uma galáxia espiral barrada com braços frouxamente enrolados e um bojo central relativamente pequeno. No entanto, ao contrário da nossa galáxia, NGC 1068 é um objeto ativo. Isto significa que a maior parte da radiação não é produzida por estrelas, mas por material que cai no buraco negro central. É milhões de vezes mais massivo que o Sol e até mesmo Sagitário A*, um buraco negro inativo no centro da nossa galáxia.
Imagem do Hubble da galáxia espiral NGC 1068. Crédito: NASA/ESA/A. Van der Hoeven
NGC 1068 também pertence às galáxias Seyfert do tipo II.
Galáxia Seyfert - espiral ouuma galáxia irregular com um núcleo ativo, cujo espectro de emissão contém muitas bandas largas e brilhantes, indicando poderosas emissões de gases a velocidades de até vários milhares de quilómetros por segundo. Os objetos do tipo II têm um núcleo brilhante característico e também parecem brilhantes quando observados no infravermelho.
o problema principal
NGC 1068 é visível da Terra em um ângulo tal quea região central onde o buraco negro está localizado está oculta da observação. Os processos no seu interior permanecem um mistério. Também nas galáxias Seyfert Tipo II, um toro de poeira nuclear obscurece a maior parte da radiação de alta energia. É produzido por uma massa densa de gás e partículas que se movem lenta e espiralmente para dentro, em direção ao centro da galáxia.
Все это, плюс радиация, должно блокировать гамма-лучи. В противном случае они «сопровождали» бы нейтрино и помогали ученым. Теперь, когда физики откалибровали детекторы IceCube и все же зафиксировали неуловимые частицы из ядра NGC 1068, то больше узнают об окружающей среде вокруг сверхмассивных черных дыр, без учета гамма-излучения.
Por que contar neutrinos de galáxias é tão importante?
Segundo os autores do estudo, graças aAs medições de neutrinos de TXS 0506+056 e NGC 1068 IceCube estão um passo mais perto de responder à pergunta sobre a origem dos raios cósmicos que os cientistas vêm fazendo há mais de cem anos.
Vista do IceCube Lab ao entardecer.
Авторы и права: Мартин Вольф, IceCube/NSF
Сейчас ученые знают, что они представляют собой потоки из отдельных и не связанных между собой заряженных частиц, которые с огромной скоростью «прилетают» из космического пространства. В них преобладают протоны, но также присутствуют электроны, ядра гелия и более тяжелых химических элементов.
Além disso, o estudo ajudou os cientistas a entender que pode haver muito mais desses objetos no universo. Eles ainda não foram identificados.
O que vem a seguir?
В будущем, NGC 1068 станет эталоном для нейтринных телескопов, считают авторы исследования. Да, это уже очень хорошо изученный объект для астрономов. Но нейтрино позволят ученым увидеть эту галактику совершенно по-другому.
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Fontes:
Доказательства эмиссии нейтрино из соседней активной галактики NGC 1068, Science (2022)
Нейтрино раскрывают скрытую галактическую активность, Science (2022)
Capa: galáxia espiral barrada NGC 1068
Colaboradores: NASA, ESA, Alex Filippenko (UC Berkeley), William Sparks (STScI), Louis C. Ho (KIAA-PKU), Matthew A. Malkan (UCLA), Alessandro Capetti (STScI), Alyssa Pagan (STScI)