กาแล็กซีที่มีชื่อเสียงซ่อนอะไรอยู่: นักดาราศาสตร์อธิบายกระบวนการที่แปลกประหลาดในหัวใจของมัน

ผลการศึกษาถูกนำเสนอในการสัมมนาผ่านเว็บออนไลน์ทางวิทยาศาสตร์ ซึ่งมีผู้เชี่ยวชาญเข้าร่วม

นักข่าวและนักวิทยาศาสตร์จากทั่วทุกมุมโลก

นักวิทยาศาสตร์ได้ทำอะไร?

กลุ่มนักดาราศาสตร์นานาชาติเป็นครั้งแรกพบหลักฐานการปล่อยนิวตริโนพลังงานสูงจากกาแลคซี NGC 1068 ที่ระยะห่าง 47 ล้านปีแสงจากโลก มีชื่อเรียกอีกอย่างว่า Messier 77 และอยู่ในกลุ่มดาวเซตุส เนื่องจากความสว่างและความเคลื่อนไหวของมัน NGC 1068 จึงเป็นหนึ่งในวัตถุที่มีชื่อเสียงและได้รับการศึกษามาเป็นอย่างดี มันถูกค้นพบย้อนกลับไปในปี 1780 และตอนนี้สามารถสังเกตได้ด้วยกล้องส่องทางไกลขนาดใหญ่

แม้ว่านักวิทยาศาสตร์จะรู้เรื่อง NGC 1068 มาก แต่การสังเกตกิจกรรมนิวตริโนที่ซ่อนอยู่นั้นไม่ใช่เรื่องง่าย ทำไมเราจะบอกในภายหลัง

พวกเขาทำได้อย่างไร?

นักวิทยาศาสตร์ค้นพบนิวตริโนด้วยหอดูดาวก้อนน้ำแข็ง. เป็นกล้องโทรทรรศน์นิวตริโนขนาดมหึมาที่ครอบคลุมน้ำแข็งที่ผ่านกระบวนการแล้วหลายพันล้านตันจากความลึก 1.5 ถึง 2.5 กม. ใต้พื้นผิวแอนตาร์กติกาใกล้กับขั้วโลกใต้

เมื่อนิวตริโนทำปฏิกิริยากับโมเลกุลในน้ำแข็งใสของแอนตาร์กติก มันจะผลิตอนุภาคทุติยภูมิที่ทิ้งร่องรอยของแสงสีน้ำเงินไว้ขณะที่มันเคลื่อนผ่านเครื่องตรวจจับ IceCube
เครดิตรูปภาพและลิขสิทธิ์: Nicole R. Fuller, IceCube/NSF

นี่คือหอดูดาวที่ไม่เหมือนใครที่สำรวจมุมที่ไกลที่สุดของจักรวาลบนโลกด้วยความช่วยเหลือของนิวตริโน ต้องขอบคุณเขาที่นักวิทยาศาสตร์รายงานการสังเกตการณ์แหล่งนิวตริโนพลังงานสูงเป็นครั้งแรกในปี 2561 เรากำลังพูดถึงวัตถุ TXS 0506 + 056 ซึ่งเป็นบลาซาร์ที่ทรงพลังซึ่งตั้งอยู่บนไหล่ซ้ายของกลุ่มดาวนายพรานซึ่งเป็นกลุ่มดาวที่อยู่ห่างจากโลก 4 พันล้านปีแสง

การค้นพบแหล่งที่สองของนิวตริโนพลังงานสูงและรังสีคอสมิกเป็นผลมาจากการวิจัยทางวิทยาศาสตร์มากว่า 30 ปี ภาพประกอบ: IceCube/NSF

เมื่อนิวตริโนมีปฏิกิริยากับโมเลกุลในน้ำแข็งแอนตาร์กติกใส จะก่อให้เกิดอนุภาคทุติยภูมิ พวกมันทิ้งร่องรอยแสงสีฟ้าไว้ขณะผ่านเครื่องตรวจจับ IceCube

รวมแล้วเขาสะสมมาประมาณนิวตริโน 80 นิวตริโนของพลังงานเทราอิเล็กตรอนโวลต์จาก NGC 1,068 ตามที่ผู้เขียนการศึกษาใหม่อธิบาย พวกเขาสามารถ "จับ" อนุภาคได้ด้วยการอัปเดตการสอบเทียบเครื่องตรวจจับอย่างระมัดระวัง การทำงานของผู้เชี่ยวชาญด้านการทำงานของอุปกรณ์ได้ปรับปรุงการสร้างทิศทางนิวตริโนขึ้นใหม่ กล่าวง่ายๆ ก็คือ นักฟิสิกส์สามารถติดตามเส้นทางของอนุภาคจาก NGC 1068 ได้แม่นยำยิ่งขึ้น

นิวตริโนคืออะไร?

นิวตริโนเป็นชื่อสามัญของสารนิวตรอนอนุภาคพื้นฐานที่มีการหมุนครึ่งจำนวนเต็ม ลักษณะเฉพาะของพวกเขาคือพวกมันมีส่วนร่วมเฉพาะในปฏิกิริยาที่อ่อนแอและแรงโน้มถ่วงเท่านั้นและอยู่ในกลุ่มเลปตัน ตอนนี้นักฟิสิกส์รู้อนุภาคเหล่านี้ประมาณสามประเภท: อิเล็กตรอน มิวออน และเทานิวตริโน รวมถึงปฏิปักษ์ที่เกี่ยวข้องกัน คุณสมบัติอีกประการหนึ่งของนิวตริโนก็คือพวกมันมีมวลน้อยมากและไม่มีประจุ .

แผนภาพเครื่องตรวจจับ IceCube ภาพประกอบ: IceCube/NSF

การศึกษาอนุภาคเหล่านี้เป็นหนึ่งในสาขาวิชาที่สำคัญที่สุดในวิชาฟิสิกส์ ด้วยความช่วยเหลือของพวกเขา นักวิทยาศาสตร์จึงค้นหาและศึกษาผลกระทบที่อยู่นอกเหนือแบบจำลองมาตรฐาน

โมเดลมาตรฐาน— เชิงทฤษฎีโครงสร้างในฟิสิกส์ของอนุภาคที่อธิบายปฏิกิริยาทางแม่เหล็กไฟฟ้า ความอ่อนแอ และแรงของอนุภาคมูลฐานทั้งหมด สูตรสมัยใหม่เสร็จสมบูรณ์เมื่อประมาณ 20 ปีที่แล้วหลังจากการทดลองยืนยันการมีอยู่ของควาร์ก

ด้วยความช่วยเหลือของนิวตริโนแสงอาทิตย์ นักดาราศาสตร์จึงศึกษากระบวนการที่เกิดขึ้นบนดวงอาทิตย์แบบเรียลไทม์

นิวตริโน "ทำงาน" อย่างไร

นิวทริโนสามารถหลบหนีออกไปได้ต่างจากแสงสภาพแวดล้อมที่หนาแน่นอย่างยิ่งในจักรวาลและมาถึงโลก สสารและสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่แทรกซึมเข้าไปในอวกาศนอกดาราจักรแทบไม่มีผลกระทบใดๆ เลย

Хотя ученые придумали нейтринную астрономию более 60 лет назад, слабое взаимодействие частиц с веществом и излучением невероятно затрудняет их обнаружение. Но это все равно очень важно. Ученые называют нейтрино «ключом», который поможет изучить самые экстремальные объекты в космосе.

Что известно о галактическом «поставщике нейтрино»?

Как и в случае с Млечным Путем, NGC 1068 — это спиральная галактика с перемычкой, свободно закрученными рукавами и относительно небольшой центральной «выпуклостью». Однако, в отличие от нашей галактики, NGC 1068 — активный объект. Это значит, что большую часть излучения производят не звезды, а материал, который попадает в центральную черную дыру. Она в миллионы раз массивнее, чем Солнце и даже Стрелец A* — неактивная ЧД в центре нашей галактики.

ภาพดาราจักรกังหัน NGC 1068 จากฮับเบิล เครดิต: NASA/ESA/A. ฟาน เดอร์ โฮเวน

NGC 1068 ยังเป็นของกาแลคซีประเภท II Seyfert

Сейфертовская галактика — спиральная или неправильная галактика с активным ядром, спектр излучения которого содержит множество ярких широких полос, что указывает на мощные выбросы газа со скоростями до нескольких тысяч километров в секунду. У объектов II типа есть характерное яркое ядро, также они кажутся яркими, если наблюдать их в инфракрасном диапазоне.

ปัญหาหลัก

NGC 1068 видна с Земли под таким углом, что ее центральная область, где расположена черная дыра, скрыта от наблюдений. Процессы внутри нее остаются тайной. Также в сейфертовских галактиках II типа тор из ядерной пыли затеняет большую часть высокоэнергетического излучения. Его производит плотная масса газа и частиц, которые медленно и по спирали движутся внутрь к центру галактики.

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.

เหตุใดการนับนิวตริโนจากกาแลคซีจึงมีความสำคัญ

ตามที่ผู้เขียนของการศึกษาขอบคุณการวัดนิวตริโนของ TXS 0506+056 และ NGC 1068 IceCube เข้าใกล้การตอบคำถามเกี่ยวกับต้นกำเนิดของรังสีคอสมิกที่นักวิทยาศาสตร์ถามกันมานานกว่าร้อยปีไปอีกขั้นหนึ่ง

มุมมองของ IceCube Lab ในตอนค่ำ
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.

นอกจากนี้ การศึกษายังช่วยให้นักวิทยาศาสตร์เข้าใจว่าอาจมีวัตถุลักษณะนี้อีกมากในจักรวาล พวกเขายังไม่ได้ระบุ

ถัดไปคืออะไร

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.

อ่านเพิ่มเติม:

ตั้งชื่อผลที่ตามมาจากพายุสุริยะสุดท้ายที่กระทบโลก

ผลกระทบมหาศาลจากวัตถุในอวกาศทำให้เกิดสนามแม่เหล็กของโลก

อุโมงค์ขนาดใหญ่ใต้วิหารอียิปต์ "ซ่อน" สิ่งประดิษฐ์ลึกลับ

แหล่งที่มา:
Доказательства эмиссии нейтрино из соседней активной галактики NGC 1068, Science (2022)
Нейтрино раскрывают скрытую галактическую активность, Science (2022)

หน้าปก: กาแล็กซีก้นหอยแบบมีคาน NGC 1068
ผู้ร่วมให้ข้อมูล: NASA, ESA, Alex Filippenko (UC Berkeley), William Sparks (STScI), Louis C. Ho (KIAA-PKU), Matthew A. Malkan (UCLA), Alessandro Capetti (STScI), Alyssa Pagan (STScI)