Resultaten av studien presenterades på ett vetenskapligt webbseminarium på nätet, där experter deltog
Vad har forskarna gjort?
En internationell grupp av astronomer för första gångenhittade bevis på högenergiutsläpp av neutrino från galaxen NGC 1068 på ett avstånd av 47 miljoner ljusår från jorden. Den är också känd som Messier 77 och ligger i stjärnbilden Cetus. På grund av sin ljusstyrka och aktivitet är NGC 1068 ett av de mest kända och välstuderade objekten. Den upptäcktes redan 1780, och nu kan den observeras med en stor kikare.
Trots det faktum att forskare vet mycket om NGC 1068 var det inte så lätt att observera dess dolda neutrinoaktivitet. Varför exakt ska vi berätta lite senare.
Hur gjorde de det?
Forskare upptäcker neutriner tack vare observatorietiskub. Det är ett massivt neutrinoteleskop som täcker en miljard ton bearbetad is från 1,5 till 2,5 km under Antarktis yta nära Sydpolen.
När en neutrino interagerar med molekyler i klar antarktisk is, producerar den sekundära partiklar som lämnar ett spår av blått ljus när de passerar genom IceCube-detektorn.
Bildkredit och upphovsrätt: Nicole R. Fuller, IceCube/NSF
Detta är ett unikt observatorium som utforskaruniversums yttersta hörn här på jorden, med hjälp av neutriner. Det är tack vare honom som forskare rapporterade den första observationen av en högenergikälla för neutrino 2018. Vi pratar om objektet TXS 0506 + 056, en kraftfull blazar, som ligger på Orions vänstra axel, en konstellation 4 miljarder ljusår från jorden.
Upptäckten av en andra källa till högenergineutriner och kosmisk strålning är resultatet av mer än 30 års vetenskaplig forskning. Illustration: IceCube/NSF
När neutriner interagerar med molekyler i klar Antarktis is, producerar det sekundära partiklar. De lämnar ett spår av blått ljus när de passerar genom IceCube-detektorn.
Totalt samlade han ca80 neutriner av teraelektronvoltsenergi från NGC 1068. Som författarna till den nya studien förklarar kunde de "fånga" partiklarna tack vare en noggrann uppdatering av detektorkalibreringen. Arbetet med experter på utrustningsdrift förbättrade rekonstruktionen av neutrinoriktningen. Med enkla ord kunde fysiker mer exakt spåra partiklarnas väg från NGC 1068.
Vad är neutriner?
Neutrinos är det vanliga namnet på neutralafundamentala partiklar med halvheltalsspinn. Deras egenhet är att de endast deltar i svaga och gravitationella interaktioner och tillhör klassen leptoner. Nu vet fysiker om tre typer av dessa partiklar: elektron-, myon- och tau-neutriner, samt deras motsvarande antipartiklar. En annan egenskap hos neutriner är att de har mycket liten massa och ingen laddning. De föds i termonukleära reaktioner av stjärnor och supernovaexplosioner .
IceCube-detektordiagram. Illustration: IceCube/NSF
Studiet av dessa partiklar är ett av de viktigaste områdena inom fysiken. Med deras hjälp hittar og studerar forskare effekter som ligger utanför standardmodellen.
Standardmodell – teoretisken konstruktion inom partikelfysik som beskriver de elektromagnetiska, svaga och starka interaktionerna mellan alla elementarpartiklar. Den moderna formuleringen färdigställdes för cirka 20 år sedan efter experimentell bekräftelse av kvarkars existens.
Med hjälp av solneutriner studerar astronomer de processer som sker på solen i realtid.
Hur "fungerar" en neutrino?
Till skillnad från ljus kan neutriner fly frånextremt täta miljöer i universum och når jorden. Materia och elektromagnetiska fält som genomsyrar det extragalaktiska rymden har praktiskt taget ingen effekt på dem.
Även om forskare kom på neutrino astronomi merFör 60 år sedan gjorde partiklarnas svaga interaktion med materia och strålning dem otroligt svåra att upptäcka. Men detta är fortfarande väldigt viktigt. Forskare kallar neutriner en "nyckel" som kommer att hjälpa till att studera de mest extrema föremålen i rymden.
Vad är känt om den galaktiska "neutrinoleverantören"?
Som är fallet med Vintergatan,NGC 1068 är en bomrad spiralgalax med löst lindade armar och en relativt liten central bula. Men till skillnad från vår galax är NGC 1068 ett aktivt objekt. Det betyder att det mesta av strålningen inte produceras av stjärnor, utan av material som faller in i det centrala svarta hålet. Det är miljontals gånger mer massivt än solen och till och med Skytten A*, ett inaktivt svart hål i mitten av vår galax.
Hubble-bild av spiralgalaxen NGC 1068. Kredit: NASA/ESA/A. van der Hoeven
NGC 1068 tillhör också typ II Seyfert-galaxer.
Seyfert galax - spiral elleren oregelbunden galax med en aktiv kärna, vars emissionsspektrum innehåller många ljusa breda band, vilket indikerar kraftfulla gasutsläpp med hastigheter på upp till flera tusen kilometer per sekund. Typ II-objekt har en karakteristisk ljus kärna och verkar även ljusa när de observeras i infrarött.
huvudproblemet
NGC 1068 är synlig från jorden i en sådan vinkel att denden centrala regionen där det svarta hålet finns är dold för observation. Processerna inuti den förblir ett mysterium. Även i typ II Seyfert-galaxer skymmer en torus av kärndamm det mesta av högenergistrålningen. Den produceras av en tät massa av gas och partiklar som sakta och spiral rör sig inåt mot galaxens mitt.
Allt detta, plus strålning, bör blockeragammastrålar. Annars skulle de "följa med" neutrinerna och hjälpa forskare. Nu när fysiker har kalibrerat IceCubes detektorer och upptäckt svårfångade partiklar från kärnan av NGC 1068, lär de sig mer om miljön kring supermassiva svarta hål, utan att ta hänsyn till gammastrålar.
Varför är det så viktigt att räkna neutriner från galaxer?
Enligt författarna till studien, tack vareNeutrinomätningarna av TXS 0506+056 och NGC 1068 IceCube är ett steg närmare svaret på frågan om ursprunget till kosmiska strålar som forskare har ställt i mer än hundra år.
Utsikt över IceCube Lab i skymningen.
Kredit och upphovsrätt: Martin Wolf, IceCube/NSF
Nu vet forskarna vad de ärströmmar av separata och orelaterade laddade partiklar som "flyger" från yttre rymden med enorm hastighet. De domineras av protoner, men innehåller även elektroner, heliumkärnor och tyngre kemiska grundämnen.
Dessutom hjälpte studien forskare att förstå att det kan finnas många fler sådana objekt i universum. De har ännu inte identifierats.
Vad är nästa?
I framtiden kommer NGC 1068 att bli ett riktmärke förneutrinoteleskop, enligt författarna till studien. Ja, detta är redan ett mycket väl studerat objekt för astronomer. Men neutriner kommer att tillåta forskare att se denna galax på ett helt annat sätt.
Läs mer:
Namngiven konsekvenserna av den sista solstormen som träffade jorden
Ett massivt nedslag från ett rymdobjekt utlöste jordens magnetfält
En enorm tunnel under det egyptiska templet "dolda" mystiska artefakter
källor:
Bevis på neutrinonemission från närliggande aktiv galax NGC 1068, Science (2022)
Neutrinos avslöjar dold galaktisk aktivitet, vetenskap (2022)
Omslag: bomrad spiralgalax NGC 1068
Bidragsgivare: NASA, ESA, Alex Filippenko (UC Berkeley), William Sparks (STScI), Louis C. Ho (KIAA-PKU), Matthew A. Malkan (UCLA), Alessandro Capetti (STScI), Alyssa Pagan (STScI)