Результати дослідження представили на науковому онлайн-вебінарі, в якому взяли участь експерти,
Що зробили вчені?
Міжнародна група астрономів упершевиявила свідчення емісії нейтрино високої енергії від галактики NGC 1068 на відстані 47 млн. світлових років від Землі. Також вона відома як Месьє 77 і знаходиться у сузір'ї Китаю. Через свою яскравість та активність, NGC 1068 — одна з найвідоміших і добре вивчених об'єктів. Її виявили ще у 1780 році, а зараз її можна спостерігати у великий бінокль.
Незважаючи на те, що вчені багато знають NGC 1068, спостерігати її приховану нейтринну активність було не так просто. Чому саме, розповімо трохи згодом.
Як їм це вдалося?
Вчені виявили нейтрино завдяки обсерваторіїIceCube. Це потужний нейтринний телескоп, що охоплює мільярд тонн обробленого льоду на глибині від 1,5 до 2,5 км під поверхнею Антарктиди поблизу Південного полюса.
Коли нейтрино взаємодіє з молекулами в прозорому антарктичному льоду, він виробляє вторинні частинки, що залишають слід синього світла, проходячи через детектор IceCube.
Автори та права: Ніколь Р. Фуллер, IceCube/NSF
Це унікальна обсерваторія, яка досліджуєнайдальші куточки Всесвіту тут, на Землі, за допомогою нейтрино. Саме завдяки йому вчені повідомили про перше спостереження високоенергетичного джерела нейтрино у 2018 році. Йдеться про об'єкт TXS 0506+056, потужний блазар, який знаходиться біля лівого плеча Оріона — сузір'я за 4 млрд світлових років від Землі.
Виявлення другого джерела високоенергетичних нейтрино та космічних променів – результат більш ніж 30-річних наукових досліджень. Ілюстрація: IceCube/NSF
Коли нейтрино взаємодіє з молекулами в прозорому антарктичному льоду, він виробляє вторинні частки. Вони залишають слід синього світла, проходячи через детектор IceCube.
В загальної складності, він накопичив близько80 нейтрино тераелектронвольтної енергії від NGC 1068. Як пояснюють автори нового дослідження, їм вдалося «зловити» частинки завдяки ретельному оновленню калібрування детектора. Робота експертів з експлуатації обладнання покращила реконструкцію напряму нейтрино. Простими словами, фізики змогли точніше відстежити шлях частинок з NGC 1068.
Що таке нейтрино?
Нейтрино - загальна назва для нейтральнихфундаментальних частинок із напівцілим спином. Їх особливість у цьому, що вони беруть участь лише у слабкому і гравітаційному взаємодіях і ставляться до класу лептонів. Зараз фізикам відомо про три різновиди цих частинок: електронних, мюонних і тау-нейтрино, а також відповідних їм античасток. Ще одна особливість нейтрино в тому, що у них дуже маленька маса і немає заряду. Вони народжуються в термоядерних реакціях зірок та вибухах наднових.
Схема детектора IceCube. Ілюстрація: IceCube/NSF
Вивчення цих частинок - один з найважливіших напрямів у фізиці. З їх допомогою вчені знаходять та вивчають ефекти, що знаходяться за межами Стандартної моделі.
Стандартна модель - теоретичнаконструкція у фізиці елементарних частинок, яка описує електромагнітну, слабку та сильну взаємодію всіх елементарних частинок. Сучасне формулювання завершили близько 20 років тому після експериментального підтвердження існування кварків.
За допомогою сонячних нейтрино астрономи досліджують процеси, які відбуваються на Сонці в режимі реального часу.
Як "працює" нейтрино?
На відміну від світла, нейтрино можуть вирватися знадзвичайно щільних середовищ у Всесвіті і досягати Землі. Матерія та електромагнітні поля, які пронизують позагалактичний простір, на них практично не впливають.
Хоча вчені вигадали нейтринну астрономію більше60 років тому, слабка взаємодія частинок з речовиною і випромінюванням неймовірно ускладнює їх виявлення. Але це все одно дуже важливо. Вчені називають нейтрино «ключом», який допоможе вивчити найекстремальніші об'єкти в космосі.
Що відомо про галактичний «постачальник нейтрино»?
Як і у випадку з Чумацьким Шляхом,NGC 1068 - це спіральна галактика з перемичкою, вільно закрученими рукавами і відносно невеликою центральною «випуклістю». Однак, на відміну від нашої галактики, NGC 1068 - активний об'єкт. Це означає, що більшу частину випромінювання виробляють не зірки, а матеріал, який потрапляє в центральну чорну діру. Вона в мільйони разів масивніша, ніж Сонце і навіть Стрілець A * неактивна ЧД в центрі нашої галактики.
Знімок спіральної галактики NGC 1068 зроблений «Хабблом». Надано: NASA/ESA/A. van der Hoeven
Також NGC 1068 відноситься до сейфертівських галактик II типу.
Сейфертівська галактика - спіральна абонеправильна галактика з активним ядром, спектр випромінювання якого містить багато яскравих широких смуг, що вказує на потужні викиди газу зі швидкостями до кількох тисяч кілометрів на секунду. У об'єктів II типу є характерне яскраве ядро, також вони здаються яскравими, якщо спостерігати їх в інфрачервоному діапазоні.
Головна проблема
NGC 1068 видно із Землі під таким кутом, що їїцентральна область, де розташована чорна діра, прихована спостережень. Процеси всередині неї залишаються таємницею. Також у сейфертовських галактиках II типу тор з ядерного пилу затінює більшу частину високоенергетичного випромінювання. Його виробляє щільна маса газу та частинок, які повільно та по спіралі рухаються всередину до центру галактики.
Все це, плюс радіація, має блокуватигамма-промені. В іншому випадку вони «супроводжували» б нейтрино і допомагали вченим. Тепер, коли фізики відкалібрували детектори IceCube і все ж таки зафіксували невловимі частинки з ядра NGC 1068, то більше дізнаються про навколишнє середовище навколо надмасивних чорних дірок, без урахування гамма-випромінювання.
Чому підрахунок нейтрино з галактик такий важливий?
Як зазначають автори дослідження, завдякинейтринним вимірам TXS 0506+056 та NGC 1068 IceCube на один крок наблизився до відповіді на питання про походження космічних променів, яке вчені задають більше ста років.
Вид на лабораторію IceCube Lab у сутінках.
Автори та права: Мартін Вольф, IceCube/NSF
Зараз вчені знають, що вони єпотоки з окремих і не пов'язаних між собою заряджених частинок, які з великою швидкістю «прилітають» з космічного простору. В них переважають протони, але також присутні електрони, ядра гелію і більш важких хімічних елементів.
Крім того, дослідження допомогло вченим зрозуміти, що у Всесвіті може бути ще багато подібних об'єктів. Їх ще тільки слід ідентифікувати.
Що далі?
У майбутньому, NGC 1068 стане еталоном длянейтринних телескопів, вважають автори дослідження. Так, це вже добре вивчений об'єкт для астрономів. Але нейтрино дозволять вченим побачити цю галактику зовсім інакше.
Читати далі:
Названо наслідки останньої сонячної бурі, яка обрушилася на Землю
Масивний удар космічного об'єкта запустив магнітне поле Землі
Величезний тунель під єгипетським храмом приховував загадкові артефакти.
джерела:
Докази емісії нейтрино із сусідньої активної галактики NGC 1068, Science (2022)
Нейтрино розкривають приховану галактичну активність, Science (2022)
На обкладинці: спіральна галактика з перемичкою NGC 1068
Автори: НАСА, ЕКА, Алекс Філіппенко (Каліфорнійський університет у Берклі), Вільям Спаркс (STScI), Луїс С. Хо (KIAA-PKU), Метью А. Малкан (UCLA), Алессандро Капетті (STScI), Алісса Паган (STScI)