Мы обнаружили «частицы-призраки», вылетающие из сердца покрытой пылью галактики

Кажется, подтверждена роль активных сверхмассивных черных дыр в производстве нейтрино высоких энергий из-за пределов Млечного Пути. Во второй раз физики проследили эти так называемые «призрачные» частицы до сердца галактики через пропасть межгалактического пространства.

С этим открытием мы можем начать настоящую перепись внегалактических нейтринных фабрик. , и использовать свойства нейтрино, чтобы понять их домашнюю среду.

Рассматриваемая галактика — хорошо изученный объект, известный как NGC 1068, также известный как Мессье 77 или Галактика Кальмара — красивая спираль с перемычкой, расположенная около 47 на расстоянии миллионов световых лет, достаточно близко, чтобы увидеть его в бинокль.

И ученые насчитали десятки нейтрино в диапазоне высоких энергий тераэлектронвольт (ТэВ), исходящих с его направления.

Ранее единственным высокоэнергетическим нейтрино была одиночная частица ТэВ, отслеживаемая до внегалактического источника, который был прослежен до типа галактики, называемой блазаром, по имени TXS 0506+056, примерно в 3,8 миллиардах световых лет от нас.Это делает новый набор данных, полученных за 10-летний период нейтринной обсерваторией IceCube, абсолютным Сокровищница.

«Одно нейтрино может выделить источник. Но только наблюдения с несколькими нейтрино откроют скрытое ядро ​​самых энергичных космических объектов», — говорит физик Фрэнсис Халзен из Университета Висконсин-Мэдисон и главный исследователь IceCube.

«IceCube накопил около 80 нейтрино. нейтрино тераэлектронвольтной энергии от NGC 1068, которых пока недостаточно, чтобы ответить на все наши вопросы, но они определенно являются следующим большим шагом к реализации нейтринной астрономии.»

Нейтрино — это почти безмассовые субатомные частицы, образованные радиоактивный распад, который пронизывает Вселенную.

Они текут постоянно, через все, среди самых распространенных частиц во Вселенной. Они текут через вас, прямо сейчас. И это то, что делает их хитрыми обнаруживать: они почти ни с чем не взаимодействуют.

Для нейтрино нормальная материя во Вселенной может быть также дымом и тенями. Вот почему мы называем их частицами-призраками.

Это однако именно это свойство делает их такими потенциальными полезно учиться. Поскольку на них не влияет Вселенная, они всегда движутся прямолинейно.

И нейтрино высоких энергий образуются исключительно в процессах, связанных с ускорением космических лучей, таких как мощные струи, генерируемые в космосе. экстремальные условия вокруг активной сверхмассивной черной дыры.

Однако, если мы хотим узнать об этих фабриках нейтрино, нам нужно найти нейтрино, и здесь на помощь приходит IceCube. темный антарктический лед, фотодетекторы ищут потоки света, возникающие, когда нейтрино иногда взаимодействуют с атомами или молекулами.

И вот как благодаря тесному международному сотрудничеству при тщательном анализе данных, собранных обсерваторией за 10 лет, удалось идентифицировать 80 высокоэнергетических нейтрино в диапазоне от 1,5 до 15 ТэВ, проследившие прямую линию обратно к NGC 1068.

NGC 1068, как мы уже отмечали, является активной галактикой. Это спираль с перемычкой, как Млечный Путь; в отличие от Млечного Пути, сверхмассивная черная дыра в центре NGC 1068 с бешеной скоростью пожирает материю из окружающего ее пространства.

Черная дыра окружена по экватору огромным тором и диском из пыль и газ. Он вращается вокруг черной дыры и питается ею; гравитация и трение в торе и диске производят безумное количество тепла и света.

Не весь материал оказывается за горизонтом событий черной дыры. Часть ее, как считают ученые, разгоняется по силовым линиям магнитного поля черной дыры к полюсам, откуда выбрасывается в космос в виде мощных струй плазмы, пробивающих пространство почти со скоростью света.

Если джет направлен в нашу сторону, мы называем эту галактику блазаром; TXS 0506+056 — это блазар, и анализ показывает, что его нейтрино с энергией 300 ТэВ образовалось в направленном к Земле джете.

Джет NGC 1068 не направлен в нашу сторону. На самом деле галактика ориентирована таким образом, что большая часть высокоэнергетического света от активного галактического ядра скрыта плотной пылью. Это означает, что нейтрино могут быть способом исследовать черную дыру, которую трудно изучить другими способами.

«Последние модели окружающей среды черных дыр в этих объектах предполагают, что газ, пыль и радиация должны блокировать гамма-лучи, которые иначе они сопровождали бы нейтрино, — говорит физик Ханс Нидерхаузен из Мичиганского государственного университета.

— Обнаружение нейтрино в ядре NGC 1068 улучшит наше понимание окружающей среды вокруг сверхмассивных черных дыр».

Команда интерпретирует нейтрино как сигнатуру ускорения частиц и говорит, что открытие предполагает, что активные галактические ядра вносят значительный вклад в популяцию нейтрино, заполняющую пространство.

Они также говорят, что это открытие является прорыв в нейтринной астрономии и что NGC 1068 может в будущем стать одним из краеугольных камней в этой области.

«Несколько лет назад NSF инициировал амбициозный проект по расширению нашего понимания Вселенной путем объединения установленных способность в оптической и радиоастрономии с новыми возможностями для обнаружения и измерения таких явлений, как нейтрино и гравитационные волны», — говорит физик Дениз Колдуэлл из Национального научного фонда, который финансировал IceCube.

«Нейтринная обсерватория IceCube идентифицировала соседняя галактика как космический источник нейтрино — это только начало этой новой и захватывающей области, которая обещает понимание неоткрытой силы массивных черных дыр и других фундаментальных свойств Вселенной».

Исследование опубликовано. в области науки.