Високоенергийните космически неутрино пораждат както изненади, така и загадки, откакто са открити през 2013 г. от  детекторите в обсерваторията за неутрино IceCube, които се намират на километър дълбочина вътре в антарктическия лед.

Наскоро колаборацията IceCube представи доказателства за източник на неутрино в данните, записани между 2011 и 2020 г. Произходът на неутриното е проследен до галактиката Messier 77, известна също като NGC 1068.

Галактиката Месие 77 е открита от френския астроном Пиер Мешан през 1780 г., който първоначално я определя като мъглявина. След това Мешан съобщава за откритието на своя колега, френския астроном Шарл Месие. Месие смята, че силно светещият обект, който е видял, е купчина звезди, но с напредването на технологиите се разбира, че истинският му статут е на галактика.

С диаметър от 100 000 светлинни години Месие 77 (Messier 77) е една от най-големите галактики в каталога на Месие - толкова масивна, че нейната гравитация кара други близки галактики да се усукват и изкривяват. Тя е с видима звездна величина 9,6 и се намира на разстояние 47 милиона светлинни години.

Месие 77 е и една от най-близките галактики с активно галактично ядро. Такива активни галактики са сред най-ярките обекти във Вселената и излъчват светлина в повечето, ако не и във всички дължини на вълната - от гама-лъчи и рентгенови лъчи до микровълни и радиовълни.

Тя е и галактика от тип II на Сейферт, която се характеризира с това, че е особено ярка в инфрачервените вълни. Галактиките на Сейферт са спирални или с неправилна форма с активно ядро, чийто спектър на излъчване съдържа много ярки, широки ивици, показващи мощни газови изблици. Спектрите на галактиките на Сейферт изглеждат различно и са разделени на два типа в зависимост от ширината на емисионните линии - I и II.

_{Концепция на художник за свръхмасивна черна дупка, заобиколена и скрита от газ и прах. Кредит: NASA}

"Свръхмасивна черна дупка, закрита от космически прах, захранва близката активна галактика Месие 77", казва д-р Гари Хил (Gary Hill), астрофизик от катедрата по физика в Университета в Аделаида и член на екипа на IceCube.

"Неутриното, което рядко взаимодейства с материята, би могло да предостави информация за активното ядро на галактиката."

"Търсихме излъчване на неутрино от астрофизични обекти, като използвахме данни, записани с детектора за неутрино IceCube между 2011 и 2020 г."

През 2018 г. IceCube откри първия в историята източник на неутрино, излъчвано от TXS 0506+056 - блазар, разположен край лявото рамо на съзвездието Орион и отдалечен на 4 милиарда светлинни години - от който струи от частици, задвижвани от свръхмасивна черна дупка, насочени право към Земята, излъчват неутрино.

Това доведе до съвместни наблюдения за кратък период от време на неутрино и гама-лъчи.

Месие 77 е около 100 пъти по-близо и досега са идентифицирани около 80 неутрино събития от активната галактика.

За разлика от блазара TXS 0506+056, Месие 77 е ориентирана спрямо Земята по такъв начин, че директният поглед към централната излъчваща област е закрит от прах. Гама-лъчите се поглъщат, но неутриното може да се измъкне безпрепятствено от тези региони.

"След вълнението през 2018 г. от откриването на неутрино от TXS 0506+056 е още по-вълнуващо да открием източник, произвеждащ постоянен поток от неутрино, който можем да видим с IceCube", коментира д-р Хил.

"Фактът, че неутриното може да избяга от вътрешността на тези иначе затъмнени области на Вселената, означава, че то е и трудно за откриване."

"За това са необходими големи детектори като IceCube, който в момента е лидер в областта с инструментален обем от един кубичен километър дълбок лед на Южния полюс."

Много неутрино преминават чисто през Земята, но някои взаимодействат в леда близо до детектора и създават мюони, които излъчват светлинни проблясъци, уловени от над 5000 оптични сензора с размер на баскетболна топка на IceCube, разпределени на 86 наниза, разположени в дупки, пробити на дълбочина почти 2500 м и сега трайно замразени в дълбокия лед.

^{Подземните сензори за откриване на частиците неутрино на IceCube.Илюстрация: IceCube Collaboration}

Светлинните модели се използват за определяне на посоките на пристигане и енергиите на частиците.

"Един от най-хубавите аспекти на изследователския ми път досега е времето, което прекарах на Южния полюс в продължение на много летни сезони, работейки в монтажни екипи, които разполагат детекторните нанизи в леда", разказва д-р Хил.

"Огромният размер на IceCube изискваше многогодишни усилия от стотици хора от цял свят, за да се завърши изграждането и да се разбере реакцията на високоенергийните частици."

"След няколко години ще се върнем на Южния полюс, за да поставим още инструменти в леда, като част от усилията за по-нататъшно усъвършенстване на детектора."

Справка: R. Abbasi et al. (IceCube Collaboration). 2022. Evidence for neutrino emission from the nearby active galaxy NGC 1068. Science 378 (6619): 538-543; doi: 10.1126/science.abg3395

Източник: IceCube Observatory Detects High-Energy Neutrinos from Messier 77, Sci.News